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纳米FeS_2的液相法制备及其对TiO_2敏化的研究

王沛  
【摘要】: 本论文综述了太阳能电池的研究现状,在讨论了各种太阳能电池结构与太阳能电池材料的基础上,提出了FeS_2量子点敏化TiO_2多孔薄膜太阳能电池的设想。 用溶胶凝胶提拉法制备TiO_2薄膜,以羟基纤维素(HPC)作为添加剂,来增加薄膜的孔隙率。使用溶液法与溶剂热法制备FeS_2颗粒。对样品进行XRD测试、电镜(SEM和TEM)测试,研究工艺条件对Fe的硫化物相组成与颗粒尺寸的影响,进而提出FeS_2颗粒形成与生长的机理。用吸收光谱来表征FeS_2/TiO_2电极的性能,用I-V曲线测试电极的光电化学性能。 对溶液法制备的Fe的硫化物颗粒敏化TiO_2薄膜的研究表明:退火温度为400℃时,Fe[CS(NH_2)_2]~(2+)热分解生成Fe_3S_4颗粒,随着退火时间的增加,Fe_3S_4转化成Fe_(1-x)S与FeS_2,退火温度升到550℃时,Fe[CS(NH_2)_2]~(2+)热分解生成FeS_2颗粒。铁硫化合物颗粒覆盖在多孔TiO_2基底上,颗粒尺寸随着初始溶液浓度减小从几个微米减小到十几个纳米,随着涂膜厚度、退火时间增加,铁硫化合物的形貌按颗粒状→岛状→层状变化。样品的可见光区光吸收率随着初始溶液浓度、退火时间、涂膜厚度的增加而增加。 对溶剂热法制备的Fe的硫化物颗粒与FeS_2敏化TiO_2电极样品的研究表明:当反应温度超过300℃后,产物中会存在FeS_2,对反应机理探讨说明,这些FeS_2是FeS在H_2S的氧化还原作用下生成的。从XRD图的结果看,这些FeS_2颗粒直径在30nm左右。对FeS_2纳米颗粒敏化YiO_2电极的I-V曲线测试证明,增加反应温度与时间有利于光电流的增加。同时,I-V曲线上出现的奇怪凸起可以解释为电极表面的吸附物与溶液中的H_2结合产生的充放电现象。 另外,提出了交流太阳能电池设想。理论分析表明,交流太阳能电池的填充因子可以无限接近1,交流太阳能电池的转化效率大于相应的直流太阳能电池。


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