FeS2基電極材料制備及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用.pdf

1、目前太陽能被認(rèn)為是傳統(tǒng)三大能源的最佳替代者。太陽能電池作為光電轉(zhuǎn)換的一種光伏器件發(fā)展前景受到矚目。太陽能電池的發(fā)展一共歷經(jīng)了四代，其中染料敏化薄膜太陽能電池(DSSC)由于制作周期短和制備工藝簡(jiǎn)單受到科學(xué)界的關(guān)注。染料敏化太陽能電池組成部分包括:光陽極、電解液、染料以及對(duì)電極。其中對(duì)電極在光電轉(zhuǎn)化效率的提高上具有重要的作用。傳統(tǒng)對(duì)電極材料為金屬鉑。鉑價(jià)格昂貴，在生產(chǎn)成本上制約著DSSC的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。二硫化亞鐵(FeS2)在目前已知的半導(dǎo)

2、體光伏體系中具有較高的材料可用性。本文采用一步水熱法制備二硫化亞鐵顆粒并且用超長(zhǎng)碳納米管改性二硫化亞鐵應(yīng)用于DSSC中。探究了二硫化亞鐵合成的6個(gè)因素，考察了二硫化亞鐵的物理性質(zhì)和組成太陽能電池之后的電化學(xué)性質(zhì)。具體實(shí)驗(yàn)如下:
　　(1)通過一步水熱法合成二硫化亞鐵顆粒，探究二硫化亞鐵顆粒合成過程中的6個(gè)控制因素:反應(yīng)鐵源和硫源的物質(zhì)量比、表面活性劑的添加量、反應(yīng)溶液pH值、反應(yīng)填充比、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度來優(yōu)化二硫化亞鐵的合成條件

3、，最佳合成條件是:鐵源和硫源物質(zhì)量比為6∶1，表面活性劑的添加量為4％，反應(yīng)溶液pH=8，填充比為70％，反應(yīng)時(shí)間為18h，反應(yīng)溫度為180℃。
　　(2)將二硫化亞鐵制成對(duì)電極應(yīng)用于DSSC，測(cè)試光電轉(zhuǎn)換效率為2.53％。同時(shí)對(duì)二硫化亞鐵材料進(jìn)行光電壓的表征，分析分子表面態(tài)。采用碳納米管對(duì)二硫化亞鐵進(jìn)行摻雜，結(jié)果表明摻雜碳納米管的二硫化亞鐵光電轉(zhuǎn)化效率比未摻雜之前高了30％。通過擬合電化學(xué)阻抗譜圖可以得知碳納米管纖維的加入降低了

4、電池的串聯(lián)電阻，增大了載流子速率。
　　(3)研究不同含量的碳納米管摻雜二硫化亞鐵的電化學(xué)性能。通過電化學(xué)性能測(cè)試可知，當(dāng)摻雜碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt％時(shí)，太陽能電池具有最大的光電轉(zhuǎn)化效率為4.03％，此時(shí)的開路電壓為0.62V，短路電流為10.16 mA/cm2，填充因子為0.64。與其他摻雜量的二硫化亞鐵對(duì)電極對(duì)比，具有最小的能斯特?cái)U(kuò)散電阻，此時(shí)的二硫化亞鐵也可具有最高的電化學(xué)催化活性。摻雜碳納米管能夠彌補(bǔ)二硫化亞鐵表面的缺