聚苯胺在Sb_2S_3/SnS敏化太陽能電池中的應(yīng)用研究

【摘要】：地球上的化石燃料因其儲量有限，在21世紀(jì)內(nèi)將會消耗殆盡。因此，新型清潔能源和可再生能源的尋找已成為世界各國所普遍關(guān)注和急須應(yīng)對的問題。太陽能作為一種用之不竭、取之不盡的綠色能源很有優(yōu)勢，而利用太陽能的主要途徑之一是制作低成本、高效率、原材料豐富和無污染的光伏電池。 在過去二十年里，染料敏化太陽能電池作為一種新型太陽能電池成為國際上研究的重點和熱點。近年來，一種替代染料作為光敏化劑的半導(dǎo)體敏化太陽能電池引起人們的關(guān)注，該電池又名量子點敏化太陽能電池或超薄吸光層太陽能電池，一些金屬硫族半導(dǎo)體如CdS、CdSe、PbS、PbSe、SnS、Sb_2S_3等已經(jīng)被用于該類電池中并獲得持續(xù)不斷提高的光電轉(zhuǎn)換效率。本文將聚苯胺(PAn)分別用在Sb_2S_3和SnS敏化太陽能電池電解質(zhì)和對電極部件中，開展了如下幾個方面研究： 1) Sb_2S_3、SnS敏化TiO_2納米晶膜及PAn的制備：采用化學(xué)浴沉積（CBD）制備了Sb_2S_3敏化TiO_2納米晶膜，通過FESEM、TEM和紫外可見吸收光譜對其表面形貌，光吸收能力進(jìn)行表征。通過優(yōu)化制備條件發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用乙酸替代丙酮做溶劑時，制備的Sb_2S_3敏化TiO_2膜為微米-納米層狀結(jié)構(gòu)，較之丙酮做溶劑制備的微米結(jié)構(gòu)具有較高的光吸收能力（短波區(qū)）；進(jìn)一步優(yōu)化制備濃度和時間，發(fā)現(xiàn)當(dāng)用較低濃度溶液進(jìn)行沉積，沉積時間為2.5h時制備出的Sb_2S_3敏化TiO_2膜為納米結(jié)構(gòu)，較之微米-納米層狀結(jié)構(gòu)的Sb_2S_3敏化TiO_2膜具有更高的光吸收能力。用離子交換沉積制備SnS超薄吸光層，離子交換沉積次數(shù)為9次時硫化亞錫膜具有較好的光吸收能力、均勻的表面形貌和晶體結(jié)構(gòu)；TEM測試發(fā)現(xiàn)，所合成的聚苯胺呈納米棒狀結(jié)構(gòu)，SEM測試發(fā)現(xiàn)由這些聚苯胺構(gòu)成的膜是多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于電子的傳輸。 2)含PAn固體電解質(zhì)的Sb_2S_3敏化太陽能電池研究：以Sb_2S_3敏化TiO_2膜為光陽極、以聚苯胺為空穴傳輸媒介和以鉑為催化劑制備的對電極組裝Sb_2S_3敏化太陽能電池，通過I-V測試，阻抗測試對其光電性能進(jìn)行表征。通過含不同光陽極的電池光電性能測試表明：用乙酸做溶劑制備出的微米-納米層狀結(jié)構(gòu)Sb_2S_3敏化光陽極較之丙酮做溶劑制備的微米結(jié)構(gòu)Sb_2S_3敏化光陽極組裝的電池具有較低的電荷轉(zhuǎn)移阻抗，較高的電子壽命因而表現(xiàn)出較高的光電性能，兩電池的光電轉(zhuǎn)換效率分別為0.71%和0.88%；為了進(jìn)一步提高電池光電轉(zhuǎn)換效率，通過優(yōu)化溶液濃度和沉積時間，發(fā)現(xiàn)當(dāng)用較低沉積濃度沉積時間為2.5h時，制備出的納米結(jié)構(gòu)超薄Sb_2S_3敏化太陽能電池較之用較高濃度制備出的微米-納米層狀結(jié)構(gòu)Sb_2S_3敏化太陽能電池具備更高的光電性能：短路電流密度可達(dá)6.92mA cm-2,開路電壓為1.098V，填充因子為0.497，光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)3.78%。 3)含PAn對電極的SnS敏化太陽能電池研究：采用離子交換沉積法制備了SnS敏化納晶TiO_2光陽極，通過SEM、XRD、UV-vis等手段對光陽極的表面形貌，晶態(tài)結(jié)構(gòu)，紫外-可見吸收和散色性能進(jìn)行表征，并分別以聚苯胺和鉑為催化劑制備對電極，以含碘氧化還原電對和硫氧化還原電對溶液為電解質(zhì)，組裝SnS敏化太陽能電池，對其光電性能進(jìn)行研究。通過比較不同光陽極、電解質(zhì)和對電極的組合，發(fā)現(xiàn)用光陽極為離子交換沉積9次SnS敏化的納晶TiO_2膜，對電極為聚苯胺不銹鋼網(wǎng)壓片膜，電解質(zhì)為含硫氧化還原電對溶液組裝的太陽能電池光電性能最佳，其短路電流，開路電壓，填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到4.59mA·cm-2，0.547V，0.505和1.27%。 【關(guān)鍵詞】：無機(jī)半導(dǎo)體 太陽能電池 聚苯胺 硫化銻 硫化亞錫
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：O633.21;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 量子點敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理11-12
• 1.2.1 量子點敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.2 量子點敏化太陽能電池的工作原理12
• 1.3 量子點敏化太陽能電池的研究進(jìn)展12-15
• 1.3.1 量子點敏化太陽能電池中的光陽極12-14
• 1.3.2 量子點敏化太陽能電池中的電解質(zhì)14
• 1.3.3 量子點敏化太陽能電池中的對電極14-15
• 1.4 量子點敏化太陽能電池所面臨的困難與挑戰(zhàn)15
• 1.5 本論文的研究目的及研究內(nèi)容15-18
• 第2章 Sb_2S_3和 SnS 敏化 TiO_2納晶膜的制備及聚苯胺的合成18-24
• 2.1 引言18
• 2.2 主要實驗藥品與儀器18-20
• 2.2.1 主要藥品18-19
• 2.2.2 主要儀器19-20
• 2.3 量子點太陽能電池中光陽極的制備20-21
• 2.3.1 導(dǎo)電玻璃的預(yù)處理20
• 2.3.2 TiO_2膠體的制備20
• 2.3.3 TiO_2膜的預(yù)處理20
• 2.3.4 Sb_2S_3敏化 TiO_2膜的制備20-21
• 2.3.5 SnS 敏化 TiO_2膜的制備21
• 2.4 聚苯胺的合成及 CV 實驗21-22
• 2.5 量子點敏化太陽能電池中電解質(zhì)的配制22
• 2.5.1 Sb_2S_3敏化太陽能電池電解液的配制22
• 2.5.2 SnS 敏化太陽能電池電解液的配制22
• 2.6 量子點敏化太陽能電池中對電極的制備22-24
• 2.6.1 Sb_2S_3敏化太陽能電池中鉑對電極的制備22-23
• 2.6.2 SnS 敏化太陽能電池中 PAn 對電極的制備23-24
• 第3章 聚苯胺形貌及性能表征24-28
• 3.1 引言24
• 3.2 聚苯胺性能表征24-27
• 3.2.1 PAn 的 FESEM 和 TEM 圖24-25
• 3.2.2 PAn 的紅外測試25-26
• 3.2.3 PAn 循環(huán)伏安測試和紫外吸收圖譜26-27
• 3.3 本章小結(jié)27-28
• 第4章 含聚苯胺固體電解質(zhì)的 Sb_2S_3敏化太陽能電池28-44
• 4.1 引言28
• 4.2 聚苯胺作為固體電解質(zhì)所具有的性質(zhì)28-29
• 4.3 結(jié)果與討論29-42
• 4.3.1 不同 CBD 溶劑對 Sb_2S_3敏化太陽能電池性能的影響29-32
• 4.3.2 不同厚度 Sb_2S_3敏化層對其電池性能的影響32-37
• 4.3.3 不同 CBD 沉積時間對 Sb_2S_3敏化太陽能電池性能的影響37-42
• 4.4 本章小結(jié)42-44
• 第5章 含聚苯胺對電極的 SnS 敏化太陽能電池44-54
• 5.1 引言44-45
• 5.2 硫化亞錫性能表征45-49
• 5.2.1 SnS 和 TiO_2晶型45-46
• 5.2.2 SnS 的 SEM 圖46-47
• 5.2.3 SnS 的紫外可見吸收光譜與漫反射光譜47-49
• 5.3 SnS 敏化太陽能電池49-52
• 5.4 本章小結(jié)52-54
• 第6章 總結(jié)54-56
• 參考文獻(xiàn)56-67
• 致謝67-69
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和研究成果69

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