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。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 太阳能电池的研究进展

1．3 染料敏化太阳能电池对电极材料的发展与前景展望

1．4 本文的思路及内容

第二章 SnS2纳米颗粒的可控合成及在染料敏化太阳能电池上的应用

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 样品的制备

2．2．2 材料的表征

2．2．3 光伏性能测试

2．3 结果与讨论

2．4 本章小结

第三章 SnS2和RGO复合材料的溶剂热合成和I-V及电化学性能的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 GO的合成

3．2．2 SnS2@RGO复合材料以及SnS2纳米颗粒的合成

3．2．3 材料的表征

3．2．4 对电极的制作

3．2．5 组装染料敏化太阳能电池

3．2．6 电化学表征测试

3．2．7 光伏性能的测试

3．3 结果与讨论

3．4 本章小结

第四章 物理混合RGO对于SnS2纳米材料I-V及电化学性能的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 SnS2微球，GO及RGO的合成

4．2．2 染料敏化太阳能电池的组装

4．2．3 材料的表征

4．2．4 光伏性能的测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 材料的表征结果

4．3．2 电池的光伏性能测试结果

4．4 本章小结

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

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 氧化石墨(GO)，SnS2，SnS2／RGO的制备

5．2．2 样品的表征

5．2．3 对电极的制作及电池的组装

5．2．4 电化学及光伏性能表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 材料的表征结果

5．3．2 染料敏化太阳能电池对电极光伏性能的表征

5．4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文