基于銅錫硫材料的雙吸收太陽(yáng)能電池的制備及光電轉(zhuǎn)換性能研究

【摘要】：當(dāng)今世界,面對(duì)日益嚴(yán)峻的能源問(wèn)題,新能源的開(kāi)發(fā)利用迫在眉睫。太陽(yáng)能電池作為利用太陽(yáng)能的重要器件必將有著廣闊的應(yīng)用前景。本論文中提出了一個(gè)新型的電池結(jié)構(gòu),即雙吸收太陽(yáng)能電池。這種結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池是在傳統(tǒng)的光電化學(xué)電池的基礎(chǔ)上,應(yīng)用銅錫硫半導(dǎo)體材料替換貴金屬鉑作為對(duì)電極,從而形成了光陽(yáng)極和光陰極都能吸收光的太陽(yáng)能電池。作為一種新型的半導(dǎo)體材料,銅錫硫?yàn)橹苯訋栋雽?dǎo)體,有著光吸收系數(shù)大,元素含量高,價(jià)格低廉,對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn),必將有著廣闊的應(yīng)用前景。本論文致力于探索雙吸收電池的制備、封裝與電池性能測(cè)試與分析,探討電池結(jié)果性質(zhì)與工作機(jī)理。 首先是雙吸收太陽(yáng)能電池電極的制備與表征。通過(guò)溶膠凝膠法在FTO襯底上制備銅錫硫薄膜,先用不同方法配置銅錫硫旋涂液,然后旋涂到導(dǎo)電玻璃上,經(jīng)退火后可以用作太陽(yáng)能電池的對(duì)電極。然后對(duì)其進(jìn)行XRD、SEM與光譜性質(zhì)的表征,發(fā)現(xiàn)不同的方法可以制備不同形貌的薄膜,以及多孔結(jié)構(gòu)的銅錫硫薄膜可以增加光的傳輸路徑,有效的吸收光,透射率較低,限光性能更好。然后用浸泡法和化學(xué)浴沉積分別制備染料敏化光陽(yáng)極和量子點(diǎn)敏化光陽(yáng)極,用來(lái)組裝光電化學(xué)太陽(yáng)能電池。 然后是電池的封裝與測(cè)試。用制備好的電極,分別封裝好了銅錫硫?qū)﹄姌O染料敏化電池和鉑對(duì)電極染料敏化電池,并對(duì)其進(jìn)行了光伏性能測(cè)試和電化學(xué)性能測(cè)試。光伏性能測(cè)試中,通過(guò)電流-電壓輸出曲線我們可以看出雙吸收太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換性能優(yōu)于傳統(tǒng)染料敏化電池,短路電流與填充因子均有所提高,這些都與加入了銅錫硫?qū)﹄姌O密切相關(guān)。同樣在量子效率測(cè)試中,通過(guò)分析IPCE曲線,可以得出雙吸收太陽(yáng)電池由于對(duì)電極也可以吸收光,并且可以通過(guò)再次反射散射入射光,很大程度上提高了光的利用率,從而使量子效率優(yōu)于傳統(tǒng)電池。電化學(xué)性能測(cè)試中,應(yīng)用電化學(xué)阻抗譜對(duì)電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作機(jī)理進(jìn)行表征。為電池加一個(gè)交流擾動(dòng)信號(hào)得到阻抗譜曲線,在圖譜中可以得到電池不同結(jié)構(gòu)的阻抗,以此來(lái)分析電荷在電池中的輸運(yùn)過(guò)程,并運(yùn)用等效電路分析來(lái)探究電池各個(gè)界面的性質(zhì)。通過(guò)分析提出銅錫硫?qū)﹄姌O可以有效吸收光提高對(duì)電極的高能電子濃度,為電荷的轉(zhuǎn)移提供更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力,進(jìn)而使對(duì)電極與電解液界面的電荷轉(zhuǎn)移電阻變小,并且可以進(jìn)一步促進(jìn)工作電極的電荷傳輸。然后進(jìn)一步進(jìn)行電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的測(cè)試,通過(guò)分析塔菲爾曲線得出銅錫硫?qū)﹄姌O可以降低電極反應(yīng)的過(guò)電勢(shì),從而提高了對(duì)電極的催化性能,因此最終提高了電池的效率。 【關(guān)鍵詞】：銅錫硫 雙吸收 光電轉(zhuǎn)換 太陽(yáng)能電池 電化學(xué)阻抗譜
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 符號(hào)說(shuō)明12-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 引言13-14
• 1.2 太陽(yáng)能電池概述14-17
• 1.2.1 太陽(yáng)能電池工作原理14-16
• 1.2.2 太陽(yáng)能電池的分類16-17
• 1.3 光電化學(xué)太陽(yáng)電池17-21
• 1.3.1 染料敏化電池17-20
• 1.3.2 電池界面電化學(xué)原理20-21
• 1.4 論文選題背景與研究?jī)?nèi)容21-23
• 參考文獻(xiàn)23-25
• 第二章 基于銅錫硫材料的雙吸收太陽(yáng)能電池電極的制備、測(cè)試與表征25-39
• 2.1 雙吸收電池CTS對(duì)電極的制備25-33
• 2.1.1 引言25
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)部分25-28
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論28-33
• 2.2 雙吸收電池工作電極的制備33-36
• 2.2.1 引言33
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)部分33-35
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論35-36
• 2.3 本章小結(jié)36-37
• 參考文獻(xiàn)37-39
• 第三章 太陽(yáng)能電池的封裝與性能測(cè)試分析39-58
• 3.1 雙吸收太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)39
• 3.2 太陽(yáng)能電池的封裝39-42
• 3.3 太陽(yáng)能電池光伏性能測(cè)試42-49
• 3.3.1 電流-電壓輸出特性(I-V曲線)測(cè)試和分析42-46
• 3.3.2 太陽(yáng)能電池量子效率(IPCE)測(cè)試和分析46-49
• 3.4 太陽(yáng)能電池電化學(xué)性能測(cè)試49-56
• 3.4.1 電化學(xué)阻抗譜概述49-50
• 3.4.2 電化學(xué)阻抗譜測(cè)試分析50-52
• 3.4.3 等效電路分析52-54
• 3.4.4 電極反應(yīng)測(cè)試分析54-56
• 3.5 本章小結(jié)56-57
• 參考文獻(xiàn)57-58
• 第四章 結(jié)論58-59
• 致謝59-60
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表60

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