过渡金属硫化物的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究

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染料敏化太阳能电池(DSSCs),具有成本低、制作工艺简单等优势,是非常有前景的第三代太阳能电池。典型的DSSCs由光阳极、电解质以及对电极三部分组成,作为重要的组成部分,对电极起着收集电子以及催化还原电解质的作用。镀铂的导电玻璃因其具有良好电催化活性和高电导率,目前广泛用作DSSCs的对电极。但由于Pt金属具有昂贵、低储备量、对液态电解质的不稳定性等特点。需要研究新型DSSCs对电极材料,探索能够提高太阳电池光电转换效率和低成本制备的新途径。  本文研究了用于DSSCs对电极的FeS2的制备及性能,并将它们组装了DSSCs,研究了FeS2颗粒尺寸、形貌、与其他材料复合对对电极催化性能和DSSCs性能的影响。采用X射线衍射、拉曼谱、扫描电镜等分析了FeS2的成分、结构和形貌;采用循环伏安法、塔菲尔极化曲线以及电化学阻抗谱等手段分析了FeS2对电极的电催化活性;采用电流密度-电压曲线、单色光转换效率分析了电池的光伏性能。主要研究结果如下:  1、采用水热法合成了高纯度的FeS2颗粒,通过添加适当浓度的NaOH溶液,使合成的FeS2颗粒尺寸明显减小。通过循环伏安法、塔菲尔极化曲线以及电化学阻抗谱的分析,添加了NaOH合成的FeS2颗粒的催化活性明显提高。将它们作为对电极组装DSSCs,基于添加NaOH合成的FeS2对电极的DSSCs获得了5.78%的光电转换效率,显著高于不添加NaOH合成的FeS2对电极的DSSCs(4.76%)的光电转换效率,与使用Pt对电极组装而成的DSSCs的效率(5.93%)相当。  2、通过水热法和热注入法分别获得了立方体和球状的FeS2颗粒,电化学分析表明球状的FeS2颗粒具有更高的催化活性,基于球状的FeS2颗粒的DSSCs获得了更高的光电转化效率。  3、碳纤维纸(CFP)是一种性能优异的材料,通过对CFP表面进行处理,利用水热法在CFP上生长了均匀FeS2颗粒,获得了形貌均匀,附着良好的复合电极材料。
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