金属硫化物敏化TiO2纳米管电极的制备及其在太阳能电池中的应用

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kimleetj007
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随着全球经济的发展和人口的快速增长,能源危机和环境污染已成为当今社会所面临的两大问题。目前,最有效的解决方法是新能源的开发和利用。量子点敏化太阳能电池由于无毒、转化效率高、价格低、制备简单等优点受到了很多研究人员的青睐。我们首先通过电化学阳极氧化法在钛片上制备了锐钛矿型二氧化钛纳米管,然后使用金属硫化物量子点敏化二氧化钛纳米管,最终得到了复合电极,并对复合电极的光电性能进行了研究。  (1)本文以TiO2纳米管为基底,通过连续离子层吸附反应(SILAR)分别制备了TiO2/CdS和TiO2/Bi2S3复合电极。利用电化学工作站测试了CdS和Bi2S3不同循环层数的复合电极的电化学性能,最终结果表明:随着CdS和Bi2S3量子点敏化循环层数的增加,TiO2/CdS和TiO2/Bi2S3两种复合电极的光电流先增加后减弱,当量子点在TiO2纳米管敏化循环20层时,两种复合电极的光电流密度和光电转化效率均达到了最大值,此时TiO2/CdS复合电极的转化效率是TiO2电极的11.87倍,TiO2/Bi2S3复合电极的转化效率是TiO2电极的19.87倍。  (2)本文采用连续离子层吸附反应将CdS和Bi2S3两种量子点材料同时对TiO2纳米管进行敏化,制备了TiO2/CdS/Bi2S3和TiO2/Bi2S3/CdS双敏化电极,并对它们进行了光电化学性能测试。结果表明:TiO2/CdS/Bi2S3电极的光化学性能不仅强于TiO2/CdS单敏化电极的光化学性能,而且强于TiO2/Bi2S3/CdS双敏化电极的光电化学性能,且TiO2/CdS/Bi2S3电极的光电转化效率分别约是TiO2/CdS电极和TiO2/Bi2S3/CdS电极的1.79倍和2.1倍。  (3)首先通过高温水热法合成了Cu2ZnSnS4(CZTS)材料,然后以TiO2纳米管为基底,利用旋涂法制备了TiO2/CZTS复合电极。在不同的电解质温度下,对制备的TiO2/CZTS电极进行电化学性能的测试。结果表明:在5-45?C范围内,随着电解质温度的升高,TiO2/CZTS电极的光电流密度先升高后降低,当电解质温度为5℃时,TiO2/CZTS复合电极的光电流密度、光电转化效率及准一级速率常数均是最小的,当温度升到15℃时,TiO2/CZTS复合电极的光电流密度、光电转化效率及准一级速率常数均达到了最大值,此时,TiO2/CZTS的光电转化效率约是温度为5℃时电极转化效率的1.63倍。
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