CuInS2-石墨烯復合物在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用.pdf

1、CuInS2是典型的Ⅰ-Ⅱ-Ⅵ2族半導體材料，具有半導體的典型特性。一般認為，CuInS2具有三種晶型:黃銅礦型、閃鋅礦型和未知型。CuInS2的半導體類型（p型或n型）轉(zhuǎn)換可通過調(diào)節(jié)(Cu+In)/S的比例來控制。CuInS2具有1.5eV的禁帶寬度，十分接近太陽能電池最佳的禁帶寬度1.45eV; CuInS2是直接帶隙半導體，減少了對載流子擴散的要求，以上優(yōu)點表明CuInS2具有優(yōu)秀的催化活性，可用來作為染料敏化太陽能電池的對電極材

2、料。石墨烯是具有超大的比表面積，優(yōu)秀的電子遷移率（超過15000mA·m-1·K-1），超強的機械強度的二維碳材料，因而在太陽能電池、鋰離子電池、超級電容器、海水淡化等方面具有潛在的應(yīng)用價值。本文的研究目的是希望通過兩步水熱反應(yīng)將CuInS2和石墨烯復合在一起，兼具CuInS2優(yōu)秀的電催化活性以及石墨烯超高的電導性，從而提高對電極的電催化活性以及電池的光伏性能，以替代傳統(tǒng)的貴金屬Pt電極。
　　本文旨在通過兩步水熱反應(yīng)法并以維生素

3、C輔助還原來制備CuInS2和石墨烯的復合物。主要的研究過程如下:
　　以氯化亞銅、四水合氯化銦、硫脲、氧化石墨粉末為反應(yīng)原料，無水乙醇為溶劑，維生素C為還原劑合成了CuInS2/RGO復合物，并通過X-射線粉末衍射、拉曼光譜、掃面電子顯微鏡、透射電子顯微鏡測試對復合物的結(jié)晶度、形貌、氧化石墨的還原程度進行表征。結(jié)果表明，復合物具有較好的結(jié)晶度且氧化石墨較好的還原為石墨烯。復合物的形貌是尺寸約為200nm的CuInS2納米顆粒均勻

4、的分散在褶皺狀的石墨烯片上。CuInS2納米顆粒的插入打破了石墨烯片層間的堆疊，增大了復合物的比表面積，從而更有利于電子的傳輸。而后，將復合物制作成對電極，并通過循環(huán)伏安、電化學阻抗、塔菲爾極化等手段測試了電極的電催化活性。循環(huán)伏安結(jié)果顯示，復合物對電極具有較高的氧化峰和還原峰，說明其對I3-離子具有較強的催化還原能力。電化學阻抗譜顯示，復合物對電極具有較小的串聯(lián)阻抗、電荷傳輸阻抗、能斯特擴散阻抗。塔菲爾極化曲線顯示，復合物對電極具有較

5、大的J0和Jlim。結(jié)果表明，復合物對電極具有優(yōu)秀的電催化活性，與鉑電極的電催化活性十分接近。將對電極組裝成染料敏化太陽能電池，并通過Keithley2410型數(shù)字表在模擬光源下測試，其電流密度-電壓曲線給出了電池的轉(zhuǎn)換效率達到了6.96％。作為對照，我們同時也測試了RGO、CuInS2、鉑電極組裝的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。復合物的效率比復合物中單一成分材料的效率都要高，這說明兩者的復合兼具石墨烯的高電導性和CuInS2的高催

6、化活性且兩者的協(xié)同催化作用提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　以氯化亞銅、四水合氯化銦、硫脲、氧化石墨乙醇溶液為反應(yīng)原料，無水乙醇為溶劑，維生素C為還原劑合成了石墨烯包裹CuInS2復合物。表征結(jié)果表明，復合物具有較好的結(jié)晶度、氧化石墨較好的還原為石墨烯，然而復合物微球的尺寸、形貌、以及石墨烯包裹的微球的個數(shù)都不具均一性。而后，電流密度-電壓曲線給出了電池的轉(zhuǎn)換效率達到了6.4％，比復合物中單一成分材料的效率都要高，這說明兩者的復合兼