三元钴基硫化物与碳材料复合后光电性能提升的研究
发布时间：2021-12-18 11:00
工业革命以来,地球上的环境负担越来越重。太阳能作为清洁能源的代表,得到了科学界的广泛关注。上个世纪,硅基太阳能电池得到了大力发展,但是由于硅基太阳能电池的制作工艺复杂,报废后污染较大,这严重制约了传统硅基太阳能电池的发展。上世纪末期,染料敏化太阳能电池（DSSC）的问世为太阳能转化为电能这一过程提供了新的途径。目前,为了提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率各个实验室采取了许多措施,其中制备新型对电极是一个不错的尝试。由三元钴基硫化物制成的对电极有较优异的电化学性能,对I-/I3-氧化还原对有较强的催化能力。并且,新型碳材料的研究也进入了一个新的阶段,显示出更优越的电化学性能。本文将三元钴基硫化物和新型碳材料进行水热混合,制备出新型的对电极材料进行测试并改进,探究其性能,本论文分为以下四个部分:第一部分,从亟待解决的环境问题引出人们对太阳能电池以及染料敏化太阳能电池的研究。简单介绍了染料敏化太阳能电池的发展历程、组成部件和工作原理;介绍了染料敏化太阳能电池对电极材料的蓬勃发展,引出本文主要研究的是三元钴基硫化物和碳材料的复...
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
染料敏化太阳能电池的基本组成与工作原理
安徽大学硕士学位论文21率密度100mWcm-2），将组装好的染料敏化太阳能电池装置放在模拟光源下照射，利用计算机记录光电性能重要参数，并绘制光电流密度-光电压（J-V）曲线，J-V曲线能够直观的反映出不同对电极材料光电转换效率的高低，从而表明了其电催化性能之间的差异。3.3测试结果分析3.3.1物理性能表征我们首先对制备的CuCo2S4纳米薄片进行X射线粉末衍射测试，图3.1是CuCo2S4纳米薄片的XRD衍射图谱。从图中我们可以看出，在16.1°、26.6°、31.3°、38.0°、47.0°、54.8°和64.4°位置处有几条明显的特征峰，这恰好对应CuCo2S4（JCPDSNO.42-1450）的（111）、（022）、（113）、（004）、（224）、（044）和（335）晶面。在纯净的CuCo2S4纳米薄片X射线衍射图谱上，并没有出现明显的杂峰，这说明我们合成的CuCo2S4纳米薄片是纯净的，这为后续的实验打下了坚实的基础，也为探究CuCo2S4复合材料的性能提供了保障。图3.1CuCo2S4纳米薄片的XRD图谱Figure3.1XRDpatternofCuCo2S4nanosheets接下来，我们对合成的CuCo2S4纳米薄片和CuCo2S4@RGO复合材料进行微观形貌表征，扫描电镜图像如图3.2所示。由图a和图b可以看出，CuCo2S4纳米薄片的尺寸大约在200纳米左右，且大小较为均匀，但是薄片之间容易发生堆积聚集现象，这大大影响了对电极材料的电催化性能，并且增大了电子转移电阻，这不利于找寻廉价高效对电极材料的研究；由图c和d能够看出，CuCo2S4纳米薄片的尺寸更小，并且附着在石
第三章纳米片状CuCo2S4@RGO复合材料作为DSSC对电极材料可行性的研究22墨烯表面，跟石墨烯结合得很紧密。这是因为水热还原之后氧化石墨烯，随着官能团的脱去，表面出现大量缺陷，促使了CuCo2S4纳米薄片与石墨烯完美的结合。并且，由于缺陷在还原后的氧化石墨烯表面分布较为平均，在分子间作用力的驱使下，组成CuCo2S4纳米薄片的更为细小的纳米颗粒进一步分散开来。CuCo2S4@RGO复合材料这样一种紧密相联的结构，减小了催化物质之间团簇聚集，并将内部物质推向更为细小的分散，这些都能保证电催化过程以及光电转化过程更为高效。而且，由于石墨烯良好的导电性，所以在其充当联结物质的同时，电子也能在石墨烯表面高速通过，这进一步加快了CuCo2S4@RGO复合材料的光电转换速率。通过物理性能的表征与分析，我们预测CuCo2S4@RGO复合材料在作为染料敏化太阳能电池对电极材料进行电化学以及光电转换性能测试时会有不错的表现。图3.2（a）和（b）CuCo2S4纳米薄片的扫描电镜图像；（c）和（d）CuCo2S4@RGO的扫描电镜图像Figure3.2(a)and(b)SEMimagesofCuCo2S4nanosheets;(c)and(d)SEMimagesofCuCo2S4@RGO3.3.2电化学性能测试结果在将制备出的CuCo2S4纳米薄片和CuCo2S4@RGO复合材料进行物理性能测试之后，我们已经从微观形貌以及晶体构型方面对二者进行了表征，并初步得出了结果，那就是三元钴基材料CuCo2S4与碳材料还原氧化石墨烯（RGO）复合后，电催化性能、电化学稳定性以及光电转换表现将有很大的提高。但是，具体提升幅度有多少，并且与传统的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nb2O5包覆对TiO2纳米阵列/上转换发光复合结构柔性染料敏化太阳能电池性能的影响[J]. 吕喜庆,张环宇,李瑞,张梅,郭敏. 无机材料学报. 2019(06)
本文编号：3542253
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
染料敏化太阳能电池的基本组成与工作原理
安徽大学硕士学位论文21率密度100mWcm-2），将组装好的染料敏化太阳能电池装置放在模拟光源下照射，利用计算机记录光电性能重要参数，并绘制光电流密度-光电压（J-V）曲线，J-V曲线能够直观的反映出不同对电极材料光电转换效率的高低，从而表明了其电催化性能之间的差异。3.3测试结果分析3.3.1物理性能表征我们首先对制备的CuCo2S4纳米薄片进行X射线粉末衍射测试，图3.1是CuCo2S4纳米薄片的XRD衍射图谱。从图中我们可以看出，在16.1°、26.6°、31.3°、38.0°、47.0°、54.8°和64.4°位置处有几条明显的特征峰，这恰好对应CuCo2S4（JCPDSNO.42-1450）的（111）、（022）、（113）、（004）、（224）、（044）和（335）晶面。在纯净的CuCo2S4纳米薄片X射线衍射图谱上，并没有出现明显的杂峰，这说明我们合成的CuCo2S4纳米薄片是纯净的，这为后续的实验打下了坚实的基础，也为探究CuCo2S4复合材料的性能提供了保障。图3.1CuCo2S4纳米薄片的XRD图谱Figure3.1XRDpatternofCuCo2S4nanosheets接下来，我们对合成的CuCo2S4纳米薄片和CuCo2S4@RGO复合材料进行微观形貌表征，扫描电镜图像如图3.2所示。由图a和图b可以看出，CuCo2S4纳米薄片的尺寸大约在200纳米左右，且大小较为均匀，但是薄片之间容易发生堆积聚集现象，这大大影响了对电极材料的电催化性能，并且增大了电子转移电阻，这不利于找寻廉价高效对电极材料的研究；由图c和d能够看出，CuCo2S4纳米薄片的尺寸更小，并且附着在石
第三章纳米片状CuCo2S4@RGO复合材料作为DSSC对电极材料可行性的研究22墨烯表面，跟石墨烯结合得很紧密。这是因为水热还原之后氧化石墨烯，随着官能团的脱去，表面出现大量缺陷，促使了CuCo2S4纳米薄片与石墨烯完美的结合。并且，由于缺陷在还原后的氧化石墨烯表面分布较为平均，在分子间作用力的驱使下，组成CuCo2S4纳米薄片的更为细小的纳米颗粒进一步分散开来。CuCo2S4@RGO复合材料这样一种紧密相联的结构，减小了催化物质之间团簇聚集，并将内部物质推向更为细小的分散，这些都能保证电催化过程以及光电转化过程更为高效。而且，由于石墨烯良好的导电性，所以在其充当联结物质的同时，电子也能在石墨烯表面高速通过，这进一步加快了CuCo2S4@RGO复合材料的光电转换速率。通过物理性能的表征与分析，我们预测CuCo2S4@RGO复合材料在作为染料敏化太阳能电池对电极材料进行电化学以及光电转换性能测试时会有不错的表现。图3.2（a）和（b）CuCo2S4纳米薄片的扫描电镜图像；（c）和（d）CuCo2S4@RGO的扫描电镜图像Figure3.2(a)and(b)SEMimagesofCuCo2S4nanosheets;(c)and(d)SEMimagesofCuCo2S4@RGO3.3.2电化学性能测试结果在将制备出的CuCo2S4纳米薄片和CuCo2S4@RGO复合材料进行物理性能测试之后，我们已经从微观形貌以及晶体构型方面对二者进行了表征，并初步得出了结果，那就是三元钴基材料CuCo2S4与碳材料还原氧化石墨烯（RGO）复合后，电催化性能、电化学稳定性以及光电转换表现将有很大的提高。但是，具体提升幅度有多少，并且与传统的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nb2O5包覆对TiO2纳米阵列/上转换发光复合结构柔性染料敏化太阳能电池性能的影响[J]. 吕喜庆,张环宇,李瑞,张梅,郭敏. 无机材料学报. 2019(06)
本文编号：3542253
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