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《合肥工业大学》 2019年
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基于硫属金属化合物对电极的量子点敏化太阳能电池研究

黄元璋  
【摘要】:在下一代新型光伏器件中,量子点敏化太阳能电池(QDSCs)凭借其较高的理论光电转换效率、简单的制备过程、较低的成本等优点而受到广泛关注,展现出较大发展潜力。量子点敏化太阳能电池主要由对电极、电解液、光阳极三部分组成。对电极作为电池关键组件,其催化活性和稳定性的优劣直接影响器件整体光伏性能。目前,应用较为广泛的是铂(Pt)和硫化亚铜(Cu_2S)对电极。然而,Pt价格昂贵且在多硫电解液中会产生中毒现象,催化活性降低;Cu_2S对电极尽管对多硫电解液的还原活性较高,但其易被电解液腐蚀,机械稳定性较差。因此,开发出优异性能的材料作为对电极是当务之急。在第一章中,主要介绍了关于本论文的一些知识背景。重点综述了量子点敏化太阳能电池的研究进展及其所面临的主要问题。特别地,鉴于金属硫属化合物具备较高的催化活性,本文拟主要探索制备两类金属硫属化合物对电极,即硫化铅(PbS)和硒化铜(Cu_3Se_2、Cu_(2-x)Se)薄膜,研究其在量子点敏化太阳能电池中的潜在应用,以期借此构筑高效光伏器件。在第二章中,主要介绍了CdS/CdSe量子点共敏化TiO_2太阳能电池的制备过程,以及材料表征与器件测试方法。在第三章中,利用化学浴沉积方法在FTO导电衬底上沉积了PbS立方体纳米晶,并对其物相、形貌、光学等性质进行了研究。结果表明,PbS纳米晶薄膜具有结晶良好的立方相晶体结构和分布均匀的立方体形貌。将制备所得PbS薄膜用作对电极组装量子点敏化太阳能电池。光伏性能研究揭示:PbS对电极表现出与传统Cu_2S对电极相当的电催化活性,明显优于贵金属Pt对电极;同时,PbS对电极能够解决Cu_2S对电极在电解液中的稳定性问题。兼具高催化活性、高稳定性、制备简单等优点的PbS薄膜有望作为量子点敏化太阳能电池对电极的替代材料。在第四章中,利用恒电位电化学沉积法在FTO导电衬底上制备了高度结晶的硒化铜薄膜。在惰性气体中直接退火或硒化退火处理可诱导发生从四方Cu_3Se_2到立方Cu_(2-x)Se的相变。光伏性能结果揭示:直接退火处理制备所得的非化学计量比Cu_(2-x)Se薄膜表现出更好的电化学催化活性,其主要是由于薄膜微结构提供了大量的活性反应位点和有效的电荷传输途径。同时,Cu_(2-x)Se薄膜也表现出与传统Cu_2S对电极相当,以及比Pt对电极更高的催化活性。结果表明,硒化铜对电极可用于制备高性能量子点敏化太阳能电池。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TM914.4

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