铜铟硫薄膜的静电喷雾法制备及其在DSSC对电极中的应用

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铜铟硫(CuInS2,CIS)凭借其合适且可靠的催化能力以及良好的热/化学稳定性,已被报道用于染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell,DSSC)的对电极。但目前尚无关于静电喷雾法制备CuInS2薄膜的相关报道。因此,本文旨在开发一种便捷、高效且易于规模化生产的方法—静电喷雾法—制备CuInS2薄膜,同时研究其作为DSSC中对电极应用的潜力。主要研究内容如下:(1)采用“一锅法”,以碘化亚铜、乙酸铟和正十二硫醇分别作为铜源、铟源和硫源,以油酸为活性剂,在十八烯中合成了CuInS2材料;然后通过X射线衍射谱、拉曼光谱、透射电子显微镜和紫外-可见吸收光谱对所得产物分别进行物相结构、尺寸形貌和光学性质表征。结果表明:我们通过一锅法制备了高纯度、小尺寸的CuInS2材料,且其光学带隙值约为1.9 e V。(2)在合成CuInS2材料的基础上,引入硫脲作为辅助分散剂,在乙醇/正己烷的混合溶剂中成功配制稳定的CuInS2纳米粒子分散液,然后利用静电喷雾装置顺利制备了多个CuInS2薄膜。实验结果表明该CuInS2薄膜具有诸多优势,如:纯度高、具有多孔结构、与基底接触紧密、催化性质优异以及电化学稳定性好等。此外,通过调整喷涂时间可以有效地控制薄膜的厚度,从而便于CuInS2薄膜的性能优化;当喷涂时间为10 min时,CuInS2薄膜表现出最佳的催化性能。(3)将通过静电喷雾法制得的CuInS2薄膜作为对电极,与吸附N719染料的二氧化钛光阳极封装在一起制备DSSC。器件在标准光源照射下最高实现了8.81%的光电转换效率;与基于铂对电极的DSSC器件(7.77%)相比,效率改善了13%以上;这主要归因于通过静电喷雾法制备的CuInS2薄膜具有的高效催化还原能力。此外,电化学阻抗谱表明器件性能的改善还部分得益于CuInS2薄膜潜在的光伏效应。以上结果表明静电喷雾法制备的CuInS2薄膜有望取代Pt电极应用于DSSC中;同时说明本论文提出的静电喷雾法是一种有前景的制备CuInS2薄膜的方法。
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