【摘 要】
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太阳能作为一种取之不尽用之不竭的可再生能源被认为是解决目前日益增长的能源需求的最重要和最可靠的清洁能源。为了有效地收集利用太阳能,人们研究了各种各样的新型太阳能电池器件。作为第三代太阳能电池的代表之一,量子点敏化太阳能电池具有良好的热稳定性和湿度稳定性,并且由于量子点的带隙可调节性和量子限域效应等优势成为具有发展潜力的太阳能电池之一。作为量子点敏化太阳能电池的重要组成部分之一,对电极承担着收集外电
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太阳能作为一种取之不尽用之不竭的可再生能源被认为是解决目前日益增长的能源需求的最重要和最可靠的清洁能源。为了有效地收集利用太阳能,人们研究了各种各样的新型太阳能电池器件。作为第三代太阳能电池的代表之一,量子点敏化太阳能电池具有良好的热稳定性和湿度稳定性,并且由于量子点的带隙可调节性和量子限域效应等优势成为具有发展潜力的太阳能电池之一。作为量子点敏化太阳能电池的重要组成部分之一,对电极承担着收集外电路传输电子并将多硫电解液还原的作用,因此对电极的导电性、稳定性以及催化活性直接影响到量子点敏化太阳能电池的光电性能。金属硫化物具有优异的催化活性以及良好的导电性,已经被广泛应用于量子点敏化太阳能电池对电极材料研究工作中。但是由金属硫化物在多硫化物电解液中稳定性较差,限制了它的应用。因此制备出导电性强、稳定性好并且催化活性高的金属硫化物对电极是目前的研究重心。本论文中,我们进行了以下研究:(1)通过刮涂法制备了碳纳米球对电极,化学浴沉积法制备了Co S对电极。探究了退火处理对碳材料比表面积的影响,以及该种对电极在氧化还原反应过程中的稳定性。通过改变化学浴沉积时间来获取表面致密并且比表面积适宜的Co S对电极材料。系统分析了两种对电极材料的优势与不足可知,Co S作为对电极可以有效提高电池的开路电压(Voc),电池的光电转换效率提高了60%。(2)通过化学浴沉积法制备了CuS作为全光谱液体结量子点敏化太阳能电池的对电极。调整了从CuS对电极一侧入射的太阳光的波长范围。当光阳极发出全光谱光时,经过电池下方的抛物面反射镜反射后,从对电极一侧再次入射到电池上,并在CE上放置一个滤光器,将光分为紫外可见光和近红外光两部分。研究了不同范围太阳光(包括无光照、紫外可见光、近红外光和全光谱光)入射到对电极一侧时对电池性能的影响。此外,利用CuS纳米材料本身独特的性能以及器件结构的调整优化了量子点敏化太阳能电池的整体光伏性能。实验结果表明,在双侧全波段太阳光入射的前提下,电池的光电转换效率最高为5.6%,其中Jsc为21.7 m A cm-2,Voc为0.56 V,FF为42.8%。(3)通过化学浴沉积法与连续离子层吸附与反应法(SILAR)制备了能带匹配度较高的CuS/PbS复合材料。改变PbS的沉积次数(0~4个周期),避免沉积过程中PbS含量过高引起的团聚现象,最终获得PbS纳米颗粒生长状况最佳的复合对电极。首先对CuS/PbS复合材料的形貌与结构进行了测试和分析,然后将CuS/PbS复合对电极组装得到的量子点敏化太阳能电池进行光伏性能与电化学性能测试,并且对不同SILAR的沉积次数的CuS/PbS复合材料对电极的各项参数进行了综合的对比与分析。最终,电池的Jsc、Voc、FF和PCE值分别从17.98 m A cm-2增至19.43 m A cm-2、0.53V增至0.56 V、31.62%增至31.71%、3.01%增至3.48%。
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