鐵基底上選擇性合成FeS和FeS_2納米片薄膜及其在雙光電極太陽能電池中的應用

【摘要】： 21世紀人類面臨著兩大困難—能源危機和環(huán)境污染。而充分利用取之不盡用之不竭的清潔可再生的太陽能成為人們解決能源問題的一條重要途徑。在利用太陽能方面,將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池成為科學家們研究的熱點。 TiO_2是一種廉價、安全、應用范圍廣的太陽能電池用材料,但是由于其禁帶寬度較大(3.2eV),使其只能吸收太陽光中的紫外光部分,導致其轉(zhuǎn)化效率較低。為了提高其轉(zhuǎn)化效率,對其進行染料敏化,使TiO_2半導體電極能夠吸收可見光,從而進一步有效利用太陽能。 FeS_2具有高的光吸收系數(shù)(λ≤700nm,α≥5×10~5cm~(-1))和合適的禁帶寬度(0.95eV),而且無毒,其組成元素儲量又十分豐富,環(huán)境相容性好。FeS_2在制造太陽能電池時可以以薄膜的形式使用,材料消耗少,性能穩(wěn)定,成本低。而FeS自從1950年代起就因其電性質(zhì)和磁性質(zhì)被廣泛關注,但是在太陽能電池中的應用卻很少有報道。 到目前為止,人們用了很多策略來改進太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率,其中包括染料敏化太陽能電池。然而,很少有報道研究了雙光電極染料敏化太陽能電池的性質(zhì)。雙光電極太陽能電池在理論上的轉(zhuǎn)化效率上限約為43%,大于僅用一個光電極的太陽能電池的理論上的轉(zhuǎn)化效率上限。雙光電極太陽能電池的一個可能的優(yōu)勢就在于在輸出的光生電壓上能夠得到增大,因此這是一個非常有潛力的改進光電轉(zhuǎn)化效率的策略,有較大的研究意義。 本文用兩相軟界面法合成了TiO_2納米棒,并用“刮刀法”制備染料敏化TiO_2納米棒太陽能電池電極。然后通過簡單的、一步水熱合成的方法在鐵片基底上合成了FeS_x(X=1,2)納米片薄膜電極,并將其和染料敏化TiO_2納米棒電極應用到太陽能電池中,構(gòu)建了一個雙光電極太陽能電池。側(cè)重研究了用不同光陰極所產(chǎn)生的開路電壓的差異和及其原因。 【關鍵詞】：太陽能電池 雙光電極 水熱法 刮刀法 FeS FeS_2 染料敏化TiO_2
【學位授予單位】：華中師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-7
• 第一章 緒論7-22
• 1.1 太陽能和太陽能電池的應用背景7-9
• 1.2 太陽能電池轉(zhuǎn)換的理論基礎9-11
• 1.3 太陽能電池的研究進展11-18
• 1.3.1 硅系太陽能電池11-12
• 1.3.2 無機半導體薄膜太陽能電池12-13
• 1.3.3 聚合物太陽能電池13
• 1.3.4 敏化納米晶太陽能電池13-18
• 1.4 太陽能電池電極的制備方法18-19
• 1.5 本論文的選題思想和主要內(nèi)容19-22
• 第二章 FeS和FeS_2納米片薄膜電極及TiO_2納米棒薄膜電極的制備及其表征22-34
• 2.1 引言22-24
• 2.2 實驗部分24-27
• 2.2.1 實驗原料及實驗設備24
• 2.2.2 FeS和FeS_2納米片薄膜電極的制備24-25
• 2.2.3 TiO_2納米棒薄膜電極的制備25-26
• 2.2.4 分析測試方法26-27
• 2.3 樣品的表征結(jié)果分析27-33
• 2.3.1 X射線粉末衍射表征27-29
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)表征29-32
• 2.3.3 透射電子顯微鏡(TEM)表征32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 FeS和FeS_2納米片薄膜在雙光電極太陽能電池中的應用34-42
• 3.1 引言34-35
• 3.2 實驗部分35-36
• 3.3 雙光電極太陽能電池的性能研究36-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 結(jié)論與展望42-43
• 參考文獻43-46
• 碩士期間發(fā)表的論文和申請專利46-47
• 致謝47

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