硫化铜纳米材料的控制合成及在量子点敏化电池中的应用研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tanmh
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量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)作为一种新兴的第三代太阳能电池,因其多种独特优势,在新能源领域引起了广泛的关注。但是,相对于传统的染料敏化太阳能电池(DSSCs),QDSSCs的光电转换效率仍然比较低。而高效且稳定的对电极材料相对研究不足也是其中的一个重要影响因素。  前人的研究表明金属硫化物对多硫电解液具有较好的催化性能,而在已报道的具有较高转化效率的QDSSCs中,应用最为普遍的对电极为黄铜片/Cu2S电极。但是这种对电极应用于电池中时,黄铜片仍会不断地与电池中的多硫电解液进行反应,导致电池中的电解质不断损失和电极不断侵蚀,并因此造成电池的不稳定性,最终影响整个电池的性能。而其它大部分所研制的对电极材料则存在效率低、制备复杂、不稳定等缺点。在本论文中,我们以硫化铜为研究对象,将其制作成新型的对电极,研究了硫化铜的形貌与电池性能的关系。  通过水热法和常温反应制备了多种不同形貌的硫化铜微纳米材料,包括对称开口结构的Cu7S4中空纳米晶和由纳米六角片有序组成的多级管状Cu7S4,并分别通过SEM、TEM等手段对其进行材料表征。进一步将这些材料制作成 QDSSCs对电极。J-V曲线、电化学交流阻抗、塔菲尔曲线测试、循环伏安测试等说明了这些材料具有较好的性能,并且具有较好的稳定性。研究表明:以对称开口状的Cu7S4为对电极时,所得到的QDSSCs在一个标准太阳光下,可达到4.43%的高转换率,而且具有较高的短路电流密度和对多硫电解质的稳定性;以纳米六角片组成的多级管状Cu7S4为对电极时,QDSSCs的转换效率可达到4.53%。同时我们对QDSSCs组装过程中的因素进行了优化研究。  以上的研究结果说明本文合成的硫化铜具有良好的性能,并且化合物的形貌对其性能有显著影响。基于廉价、高效、易制的特点,它们在QDSSCs的研究中将具有较好的应用前景。
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