硫化铜在量子点敏化太阳能电池对电极中的应用及性能改进

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量子点敏化太阳能电池(QDSCs)是近几年新兴起来的一种新型太阳能电池,其原理与染料敏化太阳能电池类似,均以其他太阳能电池无可比拟的优势而备受关注。QDSCs的光电转换效率和稳定性一直是研究的重点,而对电极作为QDSCs的重要组成部分之一,其性能的好坏直接影响着整个电池性能的优劣。金属硫化物对于多硫电解液具有较高的催化活性,目前QDSCs中使用最多且能使电池效率达到最高的对电极是Cu2S对电极,该对电极是由多硫电解液腐蚀洁净的黄铜片表面制得的,其催化性能虽好,但是面临一系列的问题:如金属硫化物催化层疏松且易脱落,组装成电池后电解液会进一步腐蚀基底,不利于电池的封装,从而造成电池的稳定性差。因此,寻找催化性能高、稳定性好的对电极是目前QDSCs研究亟需解决的问题。本文以提高QDSCs的性能为目的,研究制备催化活性高、稳定性好、成本低、可重复性好且便于电池封装的对电极。  1.采用简单的溶剂热法合成Cu1.8S/CuS的混合物,将其丝网印刷在FTO导电玻璃上制得硫化铜对电极(CuxS/FTO CE)。将制得的对电极与预先制备好的CdSe敏化的TiO2光阳极组装成电池,进行电化学性能测试,得到了6.28%的高转化效率。与基于黄铜片的Cu2S对电极(Cu2S/brass CE)相比,CuxS/FTO CE对电极对电解液具有很高的催化活性,其组装的电池具有很高的稳定性。另外,探讨了硫铜投料比(S/Cu)以及对电极的烧结温度对电池效率的影响,并进一步分析了影响的机理。  2.由于材料本身性质的原因,金属硫化物用作对电极的导电性较差,为了进一步优化对电极的性能,我们在上述制备对电极的基础上加入了碳材料,形成金属硫化物与碳材料的复合对电极,以期望达到催化效率高、导电性好的效果。实验中分别将上述的硫化铜混合物直接生长在石墨烯载体上,以及通过简单的机械混合的方式,将炭黑和硫化铜混合物混合在一起,分别制得了硫化铜/氧化石墨烯复合材料对电极和硫化铜/炭黑复合材料对电极,进一步改善硫化铜对电极的性能。
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