硒化铋和硫化亚锡薄膜器件的性能研究

作     者：王朝东 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：仇怀利

授予年度：2019年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：拓扑绝缘体 硒化铋 DSSC 空心微球SnS@RGO 光电转化效率 

摘      要：在染料敏化太阳能电池研究中,金属铂作为对电极成本较高,研究代替金属铂的对电极材料成了迫切需要解决的问题。本论文使用分子束外延法在导电玻璃FTO衬底上,成功制备了390℃、430℃、470℃三种生长温度的拓扑绝缘体BiSe薄膜材料,并作为对电极进行性能测试。通过X射线衍射技术检测出匹配度较高的拓扑绝缘体BiSe衍射峰,扫描电镜检测结果显示470℃的薄膜具有较多垂直衬底的生长结构,表现出更大的比表面积。在经过伏安特性曲线测试显示,短路电流密度为11.22 mA?cm,开路电压为0.675 V,填充因子为57.43%,光电转化效率为4.35%接近铂电极。随着对电极材料比表面积的增加,使得电解质中更多的I/I发生电荷转移,从而有效提高光电转化效率。本论文进一步通过水热法在FTO上成功制备了对电极空心微球SnS材料、还原氧化石墨烯RGO和空心微球SnS@RGO材料。首先,在X射线衍射测试中,SnS和RGO的特征峰和标准卡片中的特征峰完全吻合,且在SnS@RGO复合材料中石墨烯的衍射峰强度较低,表明石墨烯已经被SnS覆盖,发挥石墨烯优良的导电作用。其次,通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜技术,观察到SnS微球的空心结构,并且比表面积测试结果显示空心微球SnS@RGO具有更高的比表面积。最后,在电化学性能测试结果中,空心微球SnS@RGO材料串联电阻为6.7Ω,电荷转移电阻为0.17Ω,交换电流密度为0.6 mA·cm,扩散电流密度为1.63 mA·cm,短路电流密度为18.90 mA·cm、开路电压为0.705 V、填充因子为57.91%,并实现了8.21%的光电转化效率,明显超越传统铂电极7.75%的光电转化效率,且生产成本较低、工艺简单、性能稳定,能够更好的取代贵金属铂电极。