摻雜石墨烯的蛻變：理論計算在對電極材料的設計與分析

A New Aspect of Heteroatom-doped Graphene: Theoretical Studies on a New Type of Counter Electrode Materials

林冠宇(Kuan-Yu Lin) ； 江志強(Jyh-Chiang Jiang)

《化學》 78卷2期 (2020/06) Pp. 109-118

https://doi.org/10.6623/chem.202006_78(2).006

摘要

染料敏化太陽能電池（dye-sensitized solar cell, DSSC）是第三代的奈米薄膜太陽能電池，優點在於原料成本低、製程容易與簡單的製程設備，因此DSSC受到各界專家學者的重視。但現今染敏電池中的對電極材料仍然是使用鉑（Pt）金屬，無法再繼續降低其製備成本。經過多年研究，許多科學家發現，可以利用價格低、導電性佳的石墨烯材料取代昂貴的鉑金屬，作為太陽能電池對電極的材料。然而，石墨烯完美的蜂巢結構與單一的元素組成，使其不利於在電催化領域的應用，透過摻雜其它元素於石墨烯表面，可以對石墨烯的結構和物理化學性質進行調控，使其在電催化等領域表現出優異的性能，更適合應用在染敏電池的對電極中。本文就理論計算對於摻雜石墨烯的種類、物理、化學性質如何改變，和它們對於電極上的應用，做一個簡單扼要的介紹。

關鍵字

染料敏化太陽能電池 ； 觸媒對電極 ； 摻雜石墨烯 ； 三碘錯離子還原反應 ； 理論計算

並列摘要

Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have attracted much attention because of their low-cost production, easy fabrication, flexibility, and relatively high power conversion efficiency. A counter electrode (CE), which acts as an efficient catalyst, plays a vital role in DSSCs. Heteroatom-doped graphene has been regarded as a material having a high reduction catalytic activity to develop efficient Pt-free alternative CE. However, the doping effects accounting for such a catalytic activity remain unknown. Hence, this review will report the theoretical studies on the developments, classifications of heteroatom-doped graphene and their applications in CEs.

並列關鍵字

Dye-sensitized solar cells ； Counter electrode ； Heteroatom-doped graphene ； Triiodide reduction reaction ； DFT calculations