量子点敏化太阳电池高性能的片层材料与CuS复合对电极

作     者：张舒怡 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑威

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：硫化铜 二维材料 对电极 量子点敏化太阳能电池 

摘      要：量子点敏化太阳能电池(QDSCs)的在理论上效率可达44%,引起科学家们的广泛关注。在QDSCs中,对电极负责将经过外电路的电子传输到对电极/电解液界面处,从而还原电解质中的空穴。理想的对电极材料需要较大的比表面积从而接触更所得电解液,需要较高的催化活性能充分还原电解液,需要良好的电子传输能力可以将电子快速、大量地传输到接触面上。类石墨相氮化碳(g-CN)具有较大的比表面积,优异的稳定性,呈片层结构。与之结构类似的,还有二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene),而TiC就是最常见的MXene之一。本文采用不同路线制备了g-CN/Cu S和TiC/Cu S(QDs)两种复合对电极,采用X射线衍射和不同的电子显微镜等测试方法表征了它的微观结构;将其与Cd S/Zn S量子点敏化的光阳极和多硫电解液组装成电池,利用电化学工作站和太阳光模拟器AM1.5测量其电化学阻抗谱和电流密度-电压曲线等方法分析它们的光电性能。采用三聚氰胺制备g-CN,再通过低温固相法在g-CN片层上生长Cu S颗粒。使用g-CN/Cu S复合粉末制备的对电极,电解液/对电极界面阻抗R明显减小,界面催化活性大大提高,稳定性也增强。优化g-CN和Cu S的组分比,其中g-CN/10Cu S复合对电极性能最好,短路电流为23.37m A/cm,光电转换效率可达5.05%。使用Li F和HCl作为前驱体制备的TiC粉末,通过匀胶机制成TiC薄膜对电极,然后使用连续离子层反应与吸附SILAR法沉积不同周期的Cu S以制备TiC/Cu S(QDs)复合对电极。当沉积周期为7时,TC-7Cu S对电极性能最好,效率可达4.68%,其界面催化活性和稳定性也最优。对比两种复合对电极,前者制备方法更加简单,开路电压更大,稳定性更好,CN/10Cu S的光电性能更加优异;后者的催化还原性更好,平均效率更高,短路电流更大,带隙更小。