碳基钙钛矿太阳能电池驱动的钒酸铋基光电化学池分解水研究

发布时间：2023-07-24 23:14

　　近年来光电化学技术快速发展,其中,太阳能电池驱动的光电化学池分解水可在无需外接电源的条件下实现太阳能到氢能的转化,是光电化学技术未来发展的趋势。高效稳定的碳基钙钛矿太阳能电池(PSCs)和具有低成本、无毒、高稳定性、合适的带隙(2.4 eV)与带边位置等优点的钒酸铋(BiVO4)可分别作为驱动电池和光阳极材料应用于光电化学池中。但受载流子扩散距离短、电荷分离效率差的限制,BiVO4光阳极的实际光电流密度值远低于理论最高值。为此,在本论文中,设计并制备了两种以BiVO4为基底的光阳极,分别通过共掺杂、负载产氧助催化剂两种策略来提升BiVO4光阳极的性能,将制备的其中一种光阳极与稳定的碳基PSC串联集成光电化学池,实现碳基钙钛矿太阳能电池驱动的钒酸铋基光电化学池分解水制氢。具体研究进展如下:(1)通过金属-有机分解法旋涂制备了一种钴钼共掺杂钒酸铋光阳极(Co,Mo:BiV04),利用钴钼共掺杂的协同作用提升了 BiVO4光阳极的光电转化效率、电荷分离效率和电荷传输能力,进而有效改善了 BiVO4光阳极的光电化学性能,光电流密度达到4.15 mA/cm2,比同样方法制备的未掺杂的BiVO4光...

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 光电化学池介绍
        1.2.1 光电化学池结构
        1.2.2 光电化学池基本原理
    1.3 半导体光电极概述
        1.3.1 光电极材料要求
        1.3.2 几种光阳极材料介绍
        1.3.3 光阳极的制备方法
        1.3.4 光阳极的改性方法
    1.4 光伏驱动的光电化学池研究现状与挑战
        1.4.1 研究现状
        1.4.2 发展遇到的问题与挑战
    1.5 课题的目的、意义及研究内容
第二章 实验涉及药品、仪器及表征方法
    2.1 实验主要试剂及仪器
    2.2 实验主要表征方法
        2.2.1 形貌表征
        2.2.2 晶体结构和化学组成表征
        2.2.3 光谱表征
        2.2.4 光电化学性能表征
第三章 钴钼共掺杂钒酸铋光阳极制备与光电化学性能测试
    3.1 引言
    3.2 实验部分
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 SEM和TEM分析
        3.3.2 XRD分析
        3.3.3 XPS分析
        3.3.4 UV-vis分析
        3.3.5 光电化学性能分析
        3.3.6 电荷分离效率分析
        3.3.7 电化学阻抗分析
        3.3.8 光电化学分解水性能测试
    3.4 本章小结
第四章 氢氧化钴助催化层修饰的钒酸铋光阳极制备与应用
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 Co(OH)₂/BiVO₄光阳极制备
        4.2.2 钙钛矿太阳能电池(PSCs)制备
        4.2.3 PSC-Co(OH)₂/BiVO₄集成光电化学池搭建
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 SEM和TEM分析
        4.3.2 XRD分析
        4.3.3 XPS分析
        4.3.4 UV-vis分析
        4.3.5 光电化学性能分析
        4.3.6 电荷分离效率分析
        4.3.7 电化学阻抗分析
        4.3.8 极化曲线分析
        4.3.9 PSC-Co(OH)₂/BiVO₄集成光电化学池原理及结构设计
        4.3.10 PSC-Co(OH)₂/BiVO₄集成光电化学池光电化学性能分析
        4.3.11 PSC-Co(OH)₂/BiVO₄集成光电化学池分解水性能测试
    4.4 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者与导师简介
附件



本文编号：3836706