过渡金属硫化物对电极制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用
发布时间：2021-10-19 21:46
太阳能由于分布广泛、获取便利、储量巨大、安全无污染、光伏技术成本低廉等先天的优势,是最有可能规模化应用的新能源之一。太阳能电池经历了数十年技术革新与发展,已经形成了硅基太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等体系。其中,染料敏化太阳能电池（DSSC）作为第三代太阳能电池,因造价低廉、绿色环保、可柔性设计、户外性能突出以及双面电池转换效率更高等无法替代的优势,展现出了十分光明的应用前景。对电极是DSSC器件的重要组成部分,其催化性和导电性的好坏直接影响J-V曲线中的填充因子,进而影响电池的光电效率。金属铂作为最常用的对电极催化材料使得DSSC器件成本上升,在碘基电解质中生成的副产物Pt I4而导致Pt流失或催化失活,电池工作的稳定性难以保障。多元过渡金属化合物作为重要的对电极材料,不仅具有良好的导电性和催化性,还兼有价格低、性能稳定等优点,是重要的低Pt和无Pt对电极的替代材料。本文介绍了两种多元化合物对电极材料钼铟硫（MoIn2S4）和钼铟锡硫（MoInSnS）,研究了它们在DSSC器件中的电化学性能和光电性能。具体研究工作如下:（1）通过一步水热法,以...
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各类太阳能电池的效率增长图[18]
5（4）电解质。最常用的电解质是含有I-/I3-和Co2+/Co3+的有机溶液。其作用是保证高效的电荷传输以实现染料和自身的循环再生。（5）对电极。对电极一般为FTO上沉积有金属Pt薄膜层，作用是从外电路收集电子以及催化氧化还原电对的再生。图1-2DSSC的结构和工作原理图[19]1.3.2DSSC的工作原理DSSC的结构及工作原理如图1-2所示。与硅基太阳能电池光生载流子很不相同，DSSC工作时，染料分子捕获光后，激发出的电子快速注入至光阳极，经外电路回到对电极处与氧化还原电对进行复合，这一过程与单晶硅太阳能电池直观的光生载流子很不相同[20]。DSSC工作的一个循环中包含以下过程[21]：（1）基态染料分子受光照射后从基态S跃迁至激发态S*；*Sν→+Sh（2）激发态染料将电子注入二氧化钛导带中，形成氧化态的染料分子，而注入的电子被导电基底收集后经含有负载的外电路到达对电极，而空穴则留在染料分子中；(CBSS)*+→e+（3）氧化态染料分子与电解质中的氧化还原电对发生还原反应，从而被还原至基态；++→+3232ISIS（4）处于氧化态的氧化还原电对扩散至对电极，与从外电路来的电子复合，也被
6还原；→+32IeI3（5）导带电子被氧化的染料分子吸收；+()→+SCBeS（6）导带电子被电解质中氧化态的氧化还原电对吸收；()→+32ICBeI3在一个完整的循环中，染料分子经历一个无辐射的闭合过程回到基态，电子经外电路传输也形成一个闭合回路，整个过程光能转换成电能，却没有引起任何其他物质的变化。其中，过程（1）-（4）反应迅速有利于电池转换效率的提高；过程（5）-（6）为导带电子与氧化态染料或氧化态电解质复合，虽然反应很慢，却能使器件性能衰减，不利于光电转换。由此可见，DSSC的转化效率是各组成部分综合性能的反映，它除了与电子在器件材料中的传输能力、染料分子的LUMO能级与光阳极半导体导带能级的匹配程度、电解液中氧化还原电对的迁移速度、对电极对氧化还原电对的催化能力、杂质能级以及陷阱态分布等有重大关系外，还与电池自身构造和制备工艺等方面因素有关。1.3.3DSSC的理化特性图1-3DSSC的J-V曲线DSSC器件的电流密度-电压曲线（J-V特性曲线）可以充分体现电池性能优劣，如图1-3所示，其基本参数意义如下：（1）开路电压
本文编号：3445651
【文章来源】：河南大学河南省
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各类太阳能电池的效率增长图[18]
5（4）电解质。最常用的电解质是含有I-/I3-和Co2+/Co3+的有机溶液。其作用是保证高效的电荷传输以实现染料和自身的循环再生。（5）对电极。对电极一般为FTO上沉积有金属Pt薄膜层，作用是从外电路收集电子以及催化氧化还原电对的再生。图1-2DSSC的结构和工作原理图[19]1.3.2DSSC的工作原理DSSC的结构及工作原理如图1-2所示。与硅基太阳能电池光生载流子很不相同，DSSC工作时，染料分子捕获光后，激发出的电子快速注入至光阳极，经外电路回到对电极处与氧化还原电对进行复合，这一过程与单晶硅太阳能电池直观的光生载流子很不相同[20]。DSSC工作的一个循环中包含以下过程[21]：（1）基态染料分子受光照射后从基态S跃迁至激发态S*；*Sν→+Sh（2）激发态染料将电子注入二氧化钛导带中，形成氧化态的染料分子，而注入的电子被导电基底收集后经含有负载的外电路到达对电极，而空穴则留在染料分子中；(CBSS)*+→e+（3）氧化态染料分子与电解质中的氧化还原电对发生还原反应，从而被还原至基态；++→+3232ISIS（4）处于氧化态的氧化还原电对扩散至对电极，与从外电路来的电子复合，也被
6还原；→+32IeI3（5）导带电子被氧化的染料分子吸收；+()→+SCBeS（6）导带电子被电解质中氧化态的氧化还原电对吸收；()→+32ICBeI3在一个完整的循环中，染料分子经历一个无辐射的闭合过程回到基态，电子经外电路传输也形成一个闭合回路，整个过程光能转换成电能，却没有引起任何其他物质的变化。其中，过程（1）-（4）反应迅速有利于电池转换效率的提高；过程（5）-（6）为导带电子与氧化态染料或氧化态电解质复合，虽然反应很慢，却能使器件性能衰减，不利于光电转换。由此可见，DSSC的转化效率是各组成部分综合性能的反映，它除了与电子在器件材料中的传输能力、染料分子的LUMO能级与光阳极半导体导带能级的匹配程度、电解液中氧化还原电对的迁移速度、对电极对氧化还原电对的催化能力、杂质能级以及陷阱态分布等有重大关系外，还与电池自身构造和制备工艺等方面因素有关。1.3.3DSSC的理化特性图1-3DSSC的J-V曲线DSSC器件的电流密度-电压曲线（J-V特性曲线）可以充分体现电池性能优劣，如图1-3所示，其基本参数意义如下：（1）开路电压
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