基于铜钴硫化物的染料敏化太阳能电池光伏性能的研究

对电极对染料敏化太阳能电池的性能有很大影响。开发了一种无铂、低成本的二元复合对电极。采用溶剂热法在导电玻璃上成功地制备铜钴硫化物(Cu-Co-S)对电极。以硫化铜对电极为基础,在实验过程中引入钴元素,通过SEM和TEM图像可以看出,钴元素的引入改变了纯硫化铜对电极单一的物理特性。与此同时,通过Tafel和EIS等电化学测试对铜钴硫化物对电极进行了电催化活性的测试,测试结果表明,钴离子的引入改变硫化铜对电极的晶体结构,同时也提高了对电极的电催化性能。在光电流密度-电压曲线图中可以看到,由硫化铜对电极和铜钴硫化物对电极分别制备的染料敏化太阳能电池的光电转换效率从4.6%提高到5.2%,而铂对电极的原始效率为5.3%,铜钴硫化物对电极的效率已经非常接近于铂电极,从某种程度来说,达到了可以替代铂的作用,故铜钴硫化物对电极有望成为染料敏化太阳能电池更优良的对电极材料。

利用电沉积-溶剂热-硒化技术提高基于二硒化镍对电极的染料敏化太阳能电池的填充因子

为了促进绿色可再生能源的开发利用,提高低成本染料敏化太阳能电池(DSCs)的光伏性能显得十分重要。对电极作为DSCs的重要组成部分,直接影响其光伏性能。针对硒化镍对电极的电催化性能及其光伏性能有待提高等关键问题,学者们已采用多种合成技术调控硒化镍的形貌与物相,从而提高硒化镍对电极的电催化性能。研究表明,二硒化镍(NiSe2)纳米材料由于具有较多的边缘活性位点而展现出较好的导电性与催化性能。然而,与基于铂电极的电池器件相比,基于NiSe2对电极的DSCs表现出相对较小的填充因子。本工作利用电沉积-溶剂热-硒化技术设计构建出一种新型NiSe2对电极。其中以氟掺杂二氧化锡(FTO)导电玻璃为基底,采用恒电势电化学沉积技术制备了Co(OH)2薄膜,并以其为生长点通过溶剂热法合成镍基金属有机框架(Ni-MOF)结构,进一步以硒粉为硒源在氩气环境下进行硒化处理制备NiSe2纳米材料。SEM、TEM、XRD与XPS测试结果表明:所制备的样品是由纯相NiSe2物相构成;NiSe2纳米材料呈现出颗粒状形貌,且平均粒径约为500nm;NiSe2纳米材料均匀生长在FTO导电玻璃表面上,可直接作为DSCs的对电极。循环伏安(CV)曲线、电化学阻抗谱(EIS)及塔菲尔(Tafel)极化曲线分析表明,NiSe2对电极展现出较窄的峰-峰间距,较小的串联电阻、电荷传输电阻、能斯特扩散阻抗以及较大的还原峰电流密度和交换电流密度,预示着NiSe2对电极具有良好的电催化性能。这是由于结晶度较高的纯相NiSe2纳米材料具有丰富的边缘活性位点;电沉积-溶剂热-硒化技术有效改善了NiSe2纳米材料在FTO导电玻璃上的附着强度,有利于电子的有效转移。此外,光电流密度-电压(J-V)曲线表明由NiSe2对电极组装的DSCs呈现出优异的光伏性能,其能量转换效率(PCE)高达7.63%,高于铂电极组装的DSCs(7.21%),其填充因子从0.65增大到0.70,可能是由于NiSe2对电极总电阻较小。本工作设计的新型NiSe2对电极不仅具有优异的电催化性能,还成功改善了基于NiSe2对电极的DSCs的填充因子,并有效提高了DSCs的光伏性能。

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。

基于旋涂次数的CuPbSbS_(3)薄膜太阳能电池光伏性能研究

半导体光吸收层是薄膜太阳能电池的关键部分。CuPbSbS_(3)作为新兴的光吸收层材料,具有三维电子结构和理想的光电性质,如近乎直接带隙、高光吸收系数、适度p型掺杂和缺陷容忍特性,已成为一种极具应用前景的太阳能电池光吸收层材料。在实验上,采用丁基二硫代氨基甲酸(BDCA)溶液法沉积CuPbSbS_(3)薄膜的工艺,在此基础上采取了二次旋涂的优化策略,提升薄膜的厚度并组建顶衬结构CuPbSbS_(3)薄膜太阳电池,从而提高电池器件的性能。所设计的CuPbSbS_(3)薄膜太阳能电池实现了0.667%的光电转换效率,215mV的开路电压,凸显了该半导体材料在薄膜光伏领域的应用潜力。

透明硫化钴对电极在染料敏化太阳能电池中的应用

硫化钴纳米材料是一种重点研究的染料敏化太阳能电池对电极材料。本工作以氟掺杂二氧化锡导电玻璃为基片,采用反向恒压电沉积法制备透明硫化钴薄膜。实验结果表明:电镀溶液的pH是硫化钴薄膜表面形貌形成的关键性因素,而电沉积圈数可以有效控制硫化钴薄膜的厚度。电化学测试结果表明:硫化钴薄膜对电极展现出了良好的电催化活性,尤其是在电镀溶液pH为7.2、电沉积圈数为12圈的最佳条件下制备的硫化钴对电极具有大量的纳米薄片状结构,有利于增加电催化活性位点,使得其展现出了比铂电极更加优异的电催化性能。由此电极组装的染料敏化太阳能电池的能量转换效率达到7.26%,10个电池器件的平均效率为7.18%,高于相应铂电极器件的电池效率(6.94%)。

CoSe_2纳米材料在染料敏化太阳能电池中应用研究

为了进一步探索硒化钴对电极的电催化性能,拟以硒氢化钠为硒源、六水合氯化钴为钴源设计构建二硒化钴(Co Se_2)对电极。实验上,先采用水热法合成Co Se_2纳米材料,其次利用喷涂法制备Co Se_2对电极,并探究其电催化性能及对染料敏化太阳能电池光电性能的影响。结构形貌测试结果表明纯相的Co Se_2纳米材料是由纳米颗粒构成的一种无定型结构。电化学性能研究结果表明,Co Se_2对电极展现出了较强的电催化活性。同时,由Co Se_2对电极组装的染料敏化太阳能电池的能量转换效率达到5.77%(短路电流密度为13.88×10^(–3) A·cm^(–2),开路电压为0.65 V,填充因子为0.64),与铂电极组装的电池器件效率(5.99%,其中短路电流密度为14.62×10^(–3 )A/cm^2、开路电压为0.64 V、填充因子为0.64)相当。