在各种类型的太阳能电池中,染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)因其成本低、光电转换效率高、制造方法简便、环保等优点被认为是最有前途的器件之一。对电极收集来自外部电路的电子,通过使电解质氧化还原的方式促进染料再生,对光伏器件的整体性能有显著影响。贵金属铂(Pt)及其衍生物以其优异的电催化活性和高导电性而被广泛用作对电极材料。然而,由于Pt储量有限且昂贵,大规模商业化应用的可能性受到限制。此外,Pt在含碘电解质中的耐腐蚀性较差,相应缩短了 DSSCs器件的使用寿命。因此,开发具有与Pt相当催化性能的、高性价比且耐腐蚀的对电极材料势在必行。近年来,ABO3钙钛矿相金属氧化物因其优异的电磁性能而受到广泛关注,并在许多领域得到了广泛的应用。其中,LaMnO3因其高催化活性而备受关注。源自LaMnO3的取代钙钛矿,例如用Ba2+、Sr2+和Ca2+等碱土离子部分取代La3+也得到了广泛的研究。由于Mn3+/Mn4+离子的混合价,电子可以在二者之间连续跳跃,使材料具有良好的导电性、电化学催化还原特性。这种钙钛矿相锰氧化物在金属-空气电池和燃料电池系统中的氧还原反应(ORR)/析氧反应(OER)中的催化能力也受到人们的关注。因此,本文的主要工作是制备出几种纯相的钙钛矿锰氧化物及其碳基复合物,研究其作为非Pt对电极材料,在DSSCs中的光电性能。具体研究内容如下:(1)采用溶胶-凝胶法制备纯相的La1-xCaxMnO3(0.1≤x≤0.4)系列钙钛矿氧化物纳米颗粒,并研究以其为对电极材料的DSSCs的电化学性能和光电转化效率,重点研究了由于LaMn03钙钛矿薄膜中La元素被Ca元素部分取代而导致的对电极催化性能的影响。结果显示,DSSCs的性能随着x的增加而提高,在x=0.3时达到最佳。La0.7Ca0.3MnO3钙钛矿纳米粒子对电极对于I-/I3-的氧化还原具有良好的导电性和电催化活性。以La0.7Ca0.3Mn03纳米粒子为对电极的DSSCs,其光电转换效率为6.46%,达到了Pt对电极的91.2%(7.08%)。(2)针对La0.7Ca0.3MnO3(LCMO)纳米颗粒易团聚的问题,引入石墨烯(rGO),合成出了 LCMO@rGO纳米复合物。复合材料中的rGO纳米片具有双重作用,一是阻止LCMO纳米颗粒的团聚,使其很好的分散在rGO纳米片上,从而暴露出更多的活性位点。二是用作电荷快速转移的高性能导电基底。LCMO@rGO纳米复合材料,将这些协同因素结合在一起,与LCMO纳米颗粒和rGO相比,对I3--离子的催化活性更高,电荷转移速度更快。以LCMO@rGO复合物为对电极材料,组装后的DSSCs的光电转化效率为7.45%,远高于单纯LCMO纳米颗粒的效率(6.46%),和Pt电极效率(7.43%)相当。(3)rGO纳米片具有良好的导电性,但对于氧化还原电对中I3-的还原活性位点数量有限。在rGO材料中引入异质原子形成电子调制,可为催化过程提供理想的电子框架。将LCMO纳米颗粒和掺氮rGO复合,得到LCMO@N-rGO复合材料。电化学测试结果表明,LCMO@N-rGO在I-/3-的还原反应过程中展现出优异的电催化活性和较低的电荷转移电阻(Rct)。采用LCMO@N-rGO纳米复合材料做对电极的DSSCs光电转换效率达到7.89%,在同样的实验条件下,比单纯以LCMO为对电极的电池效率(6.46%)高得多,也超过了以Pt为对电极的电池效率(7.43%)。(4)化合物的形态和晶体结构是决定其催化活性和耐久性的关键。采用溶剂热法制备出了中空多孔La0.7Sr0.3MnO3(LSMO)微球,并与rGO复合,得到LSMO@rGO复合材料,将其用作DSSCs的对电极材料。电化学测试结果表明,LSMO@rGO复合材料在碘电介质中,具有显著的电催化性能。基于LSMO@rGO复合物对电极的电池效率达到8.05%,远高于单纯LSMO中空微球的能量转化效率(6.25%),也超过了标准Pt电极(7.52%),是一种很有前途的Pt电极替代品。