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單受到科學界的關(guān)注。染料敏化太陽能電池組成部分包括:光陽極、電解液、染料以及對電極。其中對電極在光電轉(zhuǎn)化效率的提高上具有重要的作用。傳統(tǒng)對電極材料為金屬鉑。鉑價格昂貴，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

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性質(zhì)。具體實驗如下:
　　(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)時間為18h，反應(yīng)溫度為180℃。
　　(2)將二硫化亞鐵制成對電極應(yīng)用于DSSC，測試光電轉(zhuǎn)換效率為2.53％。同時對二硫化亞鐵材料進行光電壓的表征，分析分子表面態(tài)。采用碳納米管對二硫化亞鐵進行摻雜，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性能。通過電化學性能測試可知，當摻雜碳納米管的質(zhì)量分數(shù)為1wt％時，太陽能電池具有最大的光電轉(zhuǎn)化效率為4.03％，此時的開路電壓為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電極對比，具有最小的能斯特擴散電阻，此時的二硫化亞鐵也可具有最高的電化學催化活性。摻雜碳納米管能夠彌補二硫化亞鐵表面的缺