高活性硫化铅电极的制备及在量子点敏化太阳能电池中的应用

为了提高量子点敏化纳晶薄膜太阳能电池的光电转换效率,我们通过连续在酸和多硫溶液中处理铅片制备了对多硫电解液具有高电催化活性的硫化铅电极.通过电化学阻抗谱测试评价所制备硫化铅电极的催化活性,从而确定制备高效硫化铅电极的最佳条件.以在最佳条件下制备的硫化铅为对电极、CdSe量子点敏化TiO2纳晶薄膜为工作电极和多硫电解液组装成量子点敏化太阳能电池.光电性能测试结果表明所制备的电极具有良好的催化活性和光电转换性能.与已报导的方法相比,新方法大幅度地减少制备过程所需的时间,但却提高了所制备的硫化铅对电极的催化活性.通过X射线衍射和扫描电镜测试表征了硫化铅的生成过程,探讨了催化活性提高的原因.

硫化亚铁的制备及其用作染料敏化太阳能电池对电极的性能研究

以Fe(NO3)3和升华硫、二甲基甲酰胺为反应物,通过一步水热法合成的Fe S晶体。将此晶体应用于染料敏化太阳能电池对电极材料,并通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光电流密度-电压特性曲线(J-V)、循环伏安测试(CV)以及电化学阻抗谱分析(EIS),分别研究了其物相、表面形貌、电催化活性和光电转化性能。结果表明硫化亚铁晶体具有较高的电催化活性,其电池的光电转化效率超出了Pt电极电池效率相比拟的值。

硫化ZIF-67薄膜作为方酸敏化太阳能电池对电极的研究

沸石-咪唑框架结构(ZIFs)是一种新型多孔材料,具有表面积大、孔隙度高、孔隙大小可调节和通道规则等独特的优点。本文通过硫化涂覆在导电玻璃上的ZIF-67薄膜,制备了多孔碳和硫化钴复合材料,研究了其对I-/I-3氧化还原对的催化性能,以替代铂作为方酸染料敏化太阳能电池的对电极。通过X射线衍射、扫描电镜和等温吸附的测量,分析了硫化ZIF-67得到的对电极多孔膜的结构和形态特征,并通过Tafel曲线和电化学阻抗谱图对其催化性能进行评价。结果表明,硫化60min的ZIF-67对电极催化性能与Pt对电极相当,方酸敏化太阳能电池的光电转换效率分别是4.03%和4.10%。

硫化钴镍的制备及其作染料敏化太阳能电池对电极的性能研究

不同温度下通过两步水热法在氟掺杂氧化锡导电玻璃上制备了钴镍双金属硫化物对电极。并通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安测试(CV)、电化学阻抗谱分析(EIS)以及光电流密度-电压特性曲线(J-V)分别研究了其物相、表面化学元素组成及其化学状态、表面形貌、电催化活性和光电转化性能。结果表明该硫化物为直立片状的NiCo_2S_4,90℃制备的对电极具有较高的电催化活性,其电池的光电转化效率达到了与Pt电极电池效率(6.02%)相比拟的值(5.74%)。而120℃制备的对电极虽然具有更大比表面积,但其膜太厚,显著增加了电解质的能斯特扩散电阻,导致其电池效率偏低。

基于硫化镍的染料敏化太阳能电池光伏性能研究

在典型的染料敏化太阳能电池中,基于铂金属的对电极用于收集外电路的电子,并催化氧化态电解质还原。然而,由于铂金属为贵金属,因此需要开发廉价材料的对电极,从而降低生产成本。低温沉积法是一种简单的制备方法,它的主要优点是,在不需要高温加热的条件下,可以直接在导电衬底上沉积,制备出拥有优异催化性能的硫化镍薄膜,然后直接用作染料敏化太阳能电池的对电极。结果显示,基于硫化镍薄膜对电极的染料敏化太阳能电池的最佳光电转换效率为6.12%,这与基于铂对电极的染料敏化太阳能电池的转换效率(6.16%)非常接近。上述实验结果表明低温沉积法制备的硫化镍薄膜具有优异的电催化性能,有利于染料敏化太阳能电池的光伏性能提升。

硫化锡薄膜制备及其在染料敏化太阳能电池中应用研究

硫化锡薄膜是一种重点研究的染料敏化太阳能电池对电极材料。采用低温沉积技术制备硫化锡薄膜。采用SEM、TEM、XPS表征硫化锡薄膜的形貌结构以及元素和价态。结果分析表明,在FTO上可直接获得硫化锡薄膜,且呈现出片状结构。通过调控二水合氯化亚锡和硫代乙酰胺的摩尔比,有效调控其表面形貌。电化学测试表明,当二水合氯化亚锡和硫代乙酰胺的摩尔比为1∶1时,硫化锡薄膜展现出较好的电催化性能。以硫化锡薄膜为对电极,组装染料敏化太阳能电池,并测试其电流密度-电压曲线。结果表明,电池器件光电转换效率达到3.14%。可见,采用低温沉积技术制备的硫化锡薄膜可作为非铂对电极材料,具有广阔的应用前景。

铜的硫化物对电极在量子点敏化太阳能电池中的应用

近年来,量子点敏化太阳能电池(Quantum dots-sensitized solar cells,QDSSCs)因其制备成本低、工艺简单及量子点(Quantum dots,QDs)的尺寸效应、多激子效应和高的理论转化率等优点,受到广泛关注。由其结构和原理可知,对电极作为QDSSCs的重要组成部分之一,对QDSSCs的电池的光电转化效率有重要影响。铜的硫化物是当前最常用和催化效果最好的对电极,本文首先介绍了QDSSCs的工作原理,然后重点总结了铜的硫化物对电极的分类、制备方法及优缺点,并就对电极的发展前景进行了展望。

MoS2/CNFs对电极膜厚对染料敏化太阳能电池性能影响

通过静电纺丝技术和水热法成功获得了碳纳米纤维负载二维层状硫化钼(MoS_2/CNFs),将其作为对电极组装的染料敏化太阳能电池(DSSCs)表现出优异的电化学特性。在DSSCs制备过程中,对电极膜厚对电池性能有很大影响,所以本文重点探究了喷涂法制备的对电极膜厚对其组装的染料敏化电池光电性能影响,获得最佳对电极膜厚。实验结果表明当MoS_2/CNFs复合对电极材料膜厚为8μm时,电池光电转换效率达到最大值7.78%。

染敏太阳能电池中过渡金属硫化物对电极研究进展

近年来,第三代太阳能电池——染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSC)因制造成本低、环境污染少、生产工序简单等优点而备受关注。对电极作为DSSC的重要组成部分是影响其光电转换性能及稳定性的重要因素。综述了对电极材料在DSSC中的作用以及研究现状,重点介绍了过渡金属硫化物(transition-metal sulfides,TMSs)在DSSC中的研究进展,阐述了TMSs与其他对电极材料相比具有的优异性能及其制备方法和性能参数,最后提出了今后DSSC研究的主要方向是继续开发各种原料易得、成本低廉和稳定高效的新型对电极材料。TMSs染料敏化太阳能电池作为化合物薄膜太阳能电池中非常重要的组成部分,具有很大的应用前景。

量子点敏化太阳能电池对电极研究进展

对电极(CE)是量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)的重要组成部分之一,改进对电极的综合性能是提高QDSSCs能量转换效率(PCE)的有效手段。本文简要介绍了对电极应具备的性能,并按不同材料的使用,分类阐述了金属、导电聚合物、碳、无机金属化合物以及它们的复合材料对电极的制备方法和研究进展。其中,以铜、钴、铅的硫化物等为主的无机金属化合物对电极催化活性高,成本低,研究最为广泛;导电聚合物、新型碳材料以及各类复合材料对电极也因其各自的优势在量子点敏化太阳能电池中的研究越来越成熟。

以Spiro-OMeTAD作为空穴传输层的ZnS/SnS太阳能电池模拟研究

硫化亚锡(SnS)因其合适的电学和光学特性而被作为太阳能电池的吸收层进行研究。Spiro-OMeTAD常用作空穴传输层以提高太阳能电池性能。本文采用wxAMPS软件对SnS基太阳能电池ZnS/SnS/Spiro-OMeTAD进行模拟研究。主要研究分析Spiro-OMeTAD空穴传输层对太阳能电池性能的影响,其中包括:开路电压、短路电流密度、填充因子、光电转换效率及量子效率。研究结果表明:在加入Spiro-OMeTAD空穴传输层后,ZnS/SnS/Spiro-OMeTAD太阳能电池的开路电压(V_(OC))增加至0.958 V,短路电流(J_(SC))增加到32.96 mA/cm^(2),填充因子(FF)和光电转换效率(PCE)分别达到了79.26%和25.07%,电池性能取决于电池各层厚度、掺杂浓度、缺陷态密度及工作温度。通过研究表明Spiro-OMeTAD作为空穴传输层,有利于提高太阳能电池的各性能,并且ZnS/SnS/Spiro-OMeTAD是一种十分具有发展潜力的光伏器件结构。

多孔Ni_xCo_yS薄膜在染料敏化太阳能电池中的应用研究

为了进一步提高基于硫化镍钴电极的染料敏化太阳能电池光伏性能,将以自组装形成的二维聚苯乙烯光子晶体为模板,采用反向恒压电沉积技术制备一种具有多孔结构的硫化镍钴薄膜(Ni x Co y S-PC),并直接作为对电极应用于染料敏化太阳能电池中。对比测试结果发现,Ni x Co y S-PC电极展现出了比无多孔结构的硫化镍钴(Ni x Co y S-FTO)电极、铂电极更加优异的电催化性能,这是因为多孔结构有利于提高其电催化活性位点及氧化还原电对I-/I-3的扩散速率。因此,基于Ni x Co y S-PC电极的染料敏化太阳能电池展现出了较高的光电转换效率(5.80%),高于基于Ni x Co y S-FTO电极(5.43%)和铂电极(4.87%)的电池效率。

硫化亚锡敏化纳晶TiO_2膜的制备及光电性能研究

采用简单的离子交换沉积法制备了SnS敏化的纳晶TiO2光阳极。通过SEM、XRD、UV-Vis等手段对光阳极的表面形貌,晶态结构,紫外-可见吸收和散射性能进行表征。并分别以聚苯胺和铂为催化剂制备对电极,以含碘氧化还原电对和硫氧化还原电对溶液为电解质,组装SnS敏化太阳能电池,对其光电性能进行研究。通过比较不同光阳极、电解质和对电极的组合,发现用光阳极为离子交换沉积9次SnS的纳晶TiO2膜,对电极为聚苯胺不锈钢网压片膜,电解质为含硫氧化还原电对溶液组装的太阳能电池光电性能最佳,其短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率分别达到4.59 mA/cm2、0.547 V、0.505和1.27%。

TiO_(2)缓冲层在SnS薄膜太阳能电池中的数值仿真研究

低成本、环保的硫化亚锡(SnS),因具有较高的吸收系数与合适的禁带宽度,成为薄膜太阳能电池中很有潜力的光吸收层材料。但是目前已报道的SnS薄膜太阳能电池效率仍较低。本文对二氧化钛(TiO_(2))缓冲层在SnS薄膜太阳能电池中的应用进行数值仿真研究。首先对吸收层的厚度与掺杂浓度、缓冲层的厚度与掺杂浓度进行了讨论,优化后的光电转换效率达到15.66%。然后在此基础上仿真分析了环境温度、背接触金属功函数对电池性能的影响。由仿真结果可知,该电池效率的温度系数为-0.029%/K,当背接触功函数大于5.1 eV时,电池性能较好。这为以后研发高性能的SnS薄膜太阳能电池提供了理论指导与参考。

MoS_(2)/SnS异质结太阳能电池的模拟研究

硫化亚锡(SnS)是一种Ⅳ-Ⅵ族层状化合物半导体材料,其禁带宽度与太阳能电池最佳带隙1.5 eV非常接近,并且在可见光范围内光的吸收系数很大(α>104 cm-1),因此SnS是一种很有应用前景的材料。本文利用太阳能电池模拟软件wxAMPS模拟了MoS_(2)/SnS异质结太阳能电池,主要研究SnS吸收层的厚度、掺杂浓度和缺陷态等因素对太阳能电池性能的影响。研究发现:SnS吸收层最佳厚度为2μm,最佳掺杂浓度为1.0×10^(15) cm^(-3);同时高斯缺陷态浓度超过1.0×10^(15) cm^(-3)时,电池各项性能参数随着浓度的增加而减小,而带尾缺陷态超过1.0×10^(19) cm^(-3)·eV-1时,电池性能才开始下降;其中界面缺陷态对太阳能电池影响比较严重,界面缺陷态浓度超过1.0×10^(12) cm^(-2)时,开路电压、短路电流、填充因子和转换效率迅速下降。另外,通过模拟获得的转换效率高达24.87%,开路电压为0.88 V,短路电流为33.4 mA/cm 2。由此可知,MoS_(2)/SnS异质结太阳能电池是一种很有发展潜力的光伏器件结构。

SnS掺杂对P3HT/PCBM体系太阳能电池光电特性的影响研究

采用连续离子层吸附反应法(SILAR)在TiO_2/FTO电极上沉积Sn S,组装结构为FTO/TiO_2/Sn S/P3HT:PCBM/Ag的多层异质结太阳能电池,结果显示:Sn S掺杂能显著提高P3HT/PCBM体系太阳能电池的光电转化性能。通过SEM观察、UV-Vis光谱、J-V曲线、Raman光谱以及射频辉光放电光谱仪(GD-OES)等手段,系统研究了不同前驱体液浓度制备的Sn S对电池的影响,发现当n(Sn^(2+)):n(S^(2-))为1:1.5时,电池的光电转化效率最高,达到0.369%,其开路电压、短路电流和填充因子分别达到0.373 V、1.92 m A/cm^2和51.2%。另外,GD-OES谱图显示前驱体溶液中Sn^(2+)/S^(2-)比例对于Sn S_x层的化学组成及沉淀量具有重要影响,从而导致复合太阳能电池光电性能的显著变化。

TiO_2/CdS/Ru(bpy)_2(NCS)_2作为太阳电池光阳极的探讨

将 Cd S纳米粒子复合在 Ti O2 纳米多孔膜上 ,用染料 Ru( bpy) 2 ( NCS) 2 对此复合半导体纳米膜电极进行敏化 ,测量了不同 Cd S复合量的 ITO/Ti O2 /Cd S/Ru( bpy) 2 ( NCS) 2 光阳极组成光电池的能量转换效率 .实验证明 ,ITO/Ti O2 /Cd S/Ru( bpy) 2 ( NCS) 2 作为太阳电池光阳极的能量转换效率与 Ti O2 /Cd S复合半导体中 Cd S的含量有关 .当 Cd S复合时间为 5 min的电池的短路电流为 5 .2 3A/m2 ,开路电压为 0 .71 6 V,能量转换效率为 0 .77% .

透明硫化镍/石墨烯复合对电极用于高效染料敏化太阳能电池

对电极(counter electrode,CE)作为染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell,DSSC)的重要组成部分之一,其作用是收集外电路电子和催化还原电解质.硫化镍具有低成本和优异的电催化活性等优点,是Pt的理想替代材料.本文制备的NiS电极的透光率可以达到80%以上(600 nm处),从正面(光阳极)照射时,制备的DSSC器件光电转化效率达到7.54%,与Pt对电极的(7.48%)相当.从反面(对电极)照射时,光电转化效率达到3.96%,远高于Pt对电极(0.58%).在硫化镍电极中掺入石墨烯,可以进一步提升DSSC器件的光电转化效率,正面照射达到7.84%,反面照射达到4.59%,是正面照射效率的58.5%.电化学阻抗、循环伏安测试表明NiS对电极具有很小的串联电阻和高的电催化活性,这是其性能优于Pt的主要原因;而高的反面照射光电转化效率主要得益于NiS电极的高透光率.本文提供了一种简单、快捷、低成本的方法来制备透明、高效硫化镍对电极.

Ni_3S_4和CoS原位一步制备及其染料敏化电池对电极性能研究

通过简单的一步溶剂热法在氟掺杂氧化锡导电玻璃上成功制备了两种镍、钴的硫化物对电极。并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安测试(CV)、电化学阻抗谱分析(EIS)、Tafel极化曲线以及光电流密度-电压特性曲线(J-V)分别研究了其物相、表面形貌、电催化性能和光伏性能。结果表明,这两种硫化物分别为Ni_3S_4和CoS,且都为颗粒状薄膜。Ni3S4具有相对更高的电催化活性和更低的串联电阻,从而其电池拥有更高的短路电流密度(15.17×10^(–3)A/cm^2),显示出比Pt对电极电池(6.40%)更高的光电转化效率6.78%。虽然CoS对电极的光伏性能稍差(6.13%),但也表现出与Pt对电极相比拟的性能。

花状CoS的原位制备及其染料敏化电池对电极性能研究

寻找无铂、无FTO、导电性好且电催化性能优异的对电极对染料敏化电池的研究具有重大意义。本文通过一步水热法成功地在石墨纸基材上原位制备花状的Co S,并用作于染料敏化太阳能电池对电极。通过扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、循环伏安曲线、电化学阻抗谱分析、Tafel极化曲线以及光伏特性曲线分别对其形貌、物相及其化学状态、电化学性能进行研究。测试结果表明加入CTAB后,花状的硫化钴直径变小,且均匀密集地分布在石墨纸基底上,具有较高的电催化活性。和Pt电极相比(6.73%),其光电转化效率达到7.57%。