金属硫属化合物纳米材料的合成及其光伏性能研究

【摘要】：太阳能电池作为一种永续的新型能源,具有无污染、储量大、能够直接利用等优点。在能源利用方面具有特殊的优势,尤其是将其应用于建筑物的屋顶,建造大规模的屋顶发电站,可以减少目前电力系统远距离输送所产生的能源损耗。然而,太阳能电池经过几十年的发展,由于生产成本高、转化效率不高等因素仍然没有大规模的应用。因此,寻找低成本、高转化效率的太阳能电池材料具有高度的实际意义,是世界各国科学家的研究重点。染料敏化太阳能电池以其较高的转化效率、简易的组装技术、低能耗和零污染等优点引起了广泛的关注。金属硫属化合物纳米材料以其独特的成键特点和特殊结构,在电学、光学、磁学等学科表现出优异的性能,成为近年来纳米材料科学领域的热点。其中,SnS,SnS2等锡硫化合物是重要的中间带半导体材料,也是重要的纳米催化剂材料。相关研究表明纳米结构的锡硫化合物材料有望在锂离子电池、光电子元器件、催化剂、光伏发电等领域有着广泛的应用。同时,金属硫化物与石墨烯(RGO)的复合被认为是提高材料催化及电学性能的重要手段。对于SnSx纳米材料及其与RGO的复合材料的研究目前已取得了很大的进展,但在一些方面(比如石墨烯的团聚问题、催化剂的催化效果、复合材料微观形貌的控制等)仍然存在着很多挑战。基于此,本文以SnSx纳米材料及其与RGO的复合材料为研究对象,并探究了其作为染料敏化太阳能对电极材料的性能。本论文分为五章。第一章首先分析了SnSx的结构特点,电学、光学性质,及其在新能源领域的应用。然后介绍了光伏材料方面的最新研究进展,尤其是染料敏化太阳能对电极材料的最新进展。第二章主要介绍了通过溶剂热法合成了具有(001)晶面取向生长的SnS2纳米材料。通过调节混合溶剂的比例,SnS2的(001)晶面表现出一定的择优取向,I-V特性及电化学性能测试表明沿(001)晶面取向生长的SnS2,相应的电池表现出较高的光电转换效率和较好的电化学性能。第三章主要研究了SnS2和RGO复合材料的溶剂热合成并探究其I-V特性及电化学性能。结果表明,在SnS2与RGO协同作用下,复合材料的性能相对于单独的SnS2或RGO都有显著的提高。第四章主要探究了溶剂热法合成的SnS2与RGO原料进行简易物理混合后用作染料敏化太阳能对电极材料时性能。初步探索了SnS2与RGO的物理协同机制。研究发现,在混合6%质量分数的RGO时,SnS2/RGO电极表现出较高的光电转换效率和较好的电化学性能。第五章主要探索了对电极制备的后续退火过程对材料相变的影响。利用后续退火将结晶度差的SnS2转变为结晶度较好的SnS纳米材料,同时研究了其与RGO的复合过程。I-V特性及电化学性能测试表明,与结晶度较差的SnS2及其与RGO复合材料相比,经退火相变之后的SnS及其与RGO复合材料均表现出更高的效率和更好的性能。 【关键词】：SnS_x RGO 纳米复合材料 太阳能电池 对电极
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 引言9
• 1.2 太阳能电池的研究进展9-10
• 1.3 染料敏化太阳能电池对电极材料的发展与前景展望10-11
• 1.4 本文的思路及内容11-13
• 第二章 SnS_2纳米颗粒的可控合成及在染料敏化太阳能电池上的应用13-19
• 2.1 引言13
• 2.2 实验部分13-15
• 2.2.1 样品的制备13-14
• 2.2.2 材料的表征14
• 2.2.3 光伏性能测试14-15
• 2.3 结果与讨论15-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第三章 SnS_2和RGO复合材料的溶剂热合成和I-V及电化学性能的研究19-31
• 3.1 引言19-20
• 3.2 实验部分20-22
• 3.2.1 GO的合成20
• 3.2.2 SnS_2@RGO复合材料以及SnS_2纳米颗粒的合成20
• 3.2.3 材料的表征20-21
• 3.2.4 对电极的制作21
• 3.2.5 组装染料敏化太阳能电池21-22
• 3.2.6 电化学表征测试22
• 3.2.7 光伏性能的测试22
• 3.3 结果与讨论22-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第四章 物理混合RGO对于SnS_2纳米材料I-V及电化学性能的影响31-44
• 4.1 引言31-32
• 4.2 实验部分32-35
• 4.2.1 SnS_2微球,GO及RGO的合成32-33
• 4.2.2 染料敏化太阳能电池的组装33
• 4.2.3 材料的表征33-34
• 4.2.4 光伏性能的测试34-35
• 4.3 结果与讨论35-43
• 4.3.1 材料的表征结果35-37
• 4.3.2 电池的光伏性能测试结果37-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第五章 退火相变在染料敏化太阳能电池制作过程中的应用---以SnS为例44-56
• 5.1 引言44-45
• 5.2 实验部分45-47
• 5.2.1 氧化石墨(GO),SnS_2,SnS_2/RGO的制备45
• 5.2.2 样品的表征45-46
• 5.2.3 对电极的制作及电池的组装46
• 5.2.4 电化学及光伏性能表征46-47
• 5.3 结果与讨论47-55
• 5.3.1 材料的表征结果47-51
• 5.3.2 染料敏化太阳能电池对电极光伏性能的表征51-55
• 5.4 本章小结55-56
• 结论与展望56-58
• 参考文献58-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士期间发表的论文70

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