硫属半导体组分调控及其在太阳电池对电极中的应用

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YANCONG1103
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基于量子点(QDs)的多激子效应、高消光系数、带隙可调等优点,量子点敏化太阳能电池(QDSCs)在近些年被广泛研究。研究者们在光阳极部分作了大量研究工作并取得了可喜的成果。不可否认的是,对电极作为QDSCs的重要组成部分,其材料的选择与结构等对QDSCs性能起着至关重要的作用。在已报道的对电极材料研究中,目前主要存在的问题包括:导电性较低,对多硫电解质的催化活性低,稳定性差,材料价格昂贵或毒性较高。为了实现QDSCs高效率和高稳定性的有机统一,本文的研究工作主要集中在对电极方面,分别设计并合成出两种硫属半导体材料,通过对原料的投入比等实验条件的优化,获得了具有高导电性和高催化活性的对电极,且对电解液化学稳定,实现了QDSCs高转换效率和高稳定性的统一。具体内容如下:  (1)基于硒化铜对电极的QDSCs  本文合成出导电性良好的硒化铜材料,通过调控铜硒源的投入比来控制最终产物的组成成分,以氟掺氧化锡(FTO)为基底制作出硒化铜对电极(CuxSe/FTO)组装成QDSCs。并通过后续优化对电极材料,分别使CdSe QDSCs和CdSeTe QDSCs达到了6.49%和8.72%的效率。结果表明电池的优异性能与产物中铜硒的比值(1.20-1.38)有着紧密的联系,即硒化铜中存在足够的铜空位。电化学阻抗谱(EIS)和塔菲尔(Tafel)极化测试证实合成的对电极材料具有优异的导电性和电化学催化活性。  (2)铜锌锡硫四元合金的合成及其光电应用  铜锌锡硫(CZTS)半导体常作为对电极材料被应用于量子点敏化太阳能电池中,然而其组装的电池效率一直低于4%。本文通过控制铜源的投入量,采用热注入法合成出纳米尺寸的CZTS并制成对电极(CZTS/FTO),用其组装的CdSe QDSCs和CdSeTe QDSCs的效率分别达到了5.75%和7.64%。电化学阻抗谱、塔菲尔极化等表征证明电池效率的提高与CZTS良好的导电性及催化活性密切相关。
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