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《华侨大学》 2018年
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过渡金属氧族化合物的制备及其在太阳能电池中的应用

董佳  
【摘要】:人类社会的繁荣在很大程度上依赖于能源的供应,化石燃料一直是人类最可靠的能源来源。然而,化石燃料的枯竭是不能避免的。为了解决这一问题,可再生能源,尤其是太阳能,引发了人们的广泛关注。太阳能可以通过太阳能电池直接转化为电能。目前,太阳能电池的发展已经到了第三代。第三代光伏器件代表了太阳能技术的前沿,它们拥有较高的效率和较低的生产成本。染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell,DSSC)和钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cell,PSC)是第三代中有前景的能源转换器件。但是,在将其作为一种可行的商业产品之前,有许多方面需要加以处理。对电极是DSSC的关键部件。一个有效的对电极必须同时具有较高的电导率和良好的催化活性。最常用的对电极材料是贵金属Pt,这在某种程度上限制了DSSC的商业化进程。PSC的光电性能在很大程度上是由载流子传输材料决定的。PSC最常使用的电子传输材料是TiO_2,需要通过高温煅烧来提高其结晶性从而得到理想的传输性能,这限制了其在柔性基底上的应用。所以,本文着重在DSSC的对电极材料、PSC的电子传输材料这两方面进行改进。本论文的主要研究内容概括如下:(1)采用溶剂热法合成了纳米花瓣状Co_(0.85)Se,并将其用作DSSC的对电极材料与传统的Pt对电极进行对比。以优化的Co_(0.85)Se纳米花瓣和磁控溅射的载Pt导电玻璃为对电极所组装的DSSC分别获得了8.00%、7.83%的光电转换效率。(2)采用溶剂热法合成了纳米棒状CoSe_2,并将其用作DSSC的对电极材料与传统的Pt对电极进行对比。以优化的CoSe_2纳米棒、磁控溅射的载Pt导电玻璃为对电极所组装的DSSC分别获得了8.38%、7.83%的光电转换效率。(3)联合水热、旋涂工艺制备了透明的Ni_(0.85)Se对电极、半透明的Ni_(0.85)Se/rGO复合物对电极,并将其与传统的Pt对电极进行对比。经过优化,以Ni_(0.85)Se、Ni_(0.85)Se/rGO复合物、Pt为对电极所组装的DSSC分别获得了8.96%、9.75%、8.15%的光电转换效率。此外,当在透明的Ni_(0.85)Se对电极背面加置一面镜子时,DSSC的光电转换效率被进一步提高至10.76%。(4)联合水热、旋涂工艺制备了透明的CoSeO_3·2H_2O对电极、半透明的CoSeO_3·2H_2O/rGO复合物对电极,并将其与传统的Pt对电极进行对比。经过优化,以CoSeO_3·2H_2O、CoSeO_3·2H_2O/rGO复合物、传统磁控溅射的载Pt导电玻璃为对电极所组装的DSSC分别获得了8.90%、9.89%、8.39%的光电转换效率。此外,当在透明的CoSeO_3·2H_2O对电极背面加置一面镜子时,DSSC的光电转换效率被进一步提高至11.04%。(5)采用溶剂热法合成了可再分散的CdS纳米颗粒,并将其分散在甲苯中通过旋涂的方式制备成无需退火以及热处理的薄膜用作PSC的电子传输层。通过优化旋涂速度,以CdS为电子传输层组装成PSC获得了16.50%的反扫光电转换效率。(6)采用溶剂热法合成了可再分散的Cr_2O_3纳米片,通过将其分散在甲苯中形成浆体旋涂成无需退火以及热处理的薄膜用作PSC的电子传输层,并将其与传统高温煅烧过的TiO_2电子传输层进行了对比。经过优化,以Cr_2O_3为电子传输层组装成PSC时性能最佳的PSC获得了16.23%的反扫光电转换效率。同等条件下以高温退火的TiO_2为电子传输层的性能最佳的PSC反扫光电转换效率为17.04%。
【学位授予单位】:华侨大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM914.4

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