CuxS(x=1-2)对电极催化活性及其对量子点敏化太阳电池性能的影响研究
批准号:
61306082
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
董伟伟
依托单位:
学科分类:
半导体光电子器件与集成
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
王庆胜、王时茂、张威、高凤仙、朱能伟
中文摘要
量子点敏化太阳电池(QDSCs)是目前太阳电池研究领域的热点之一,使用金属硫化物CuxS(x=1-2)对电极可以大幅提高电池效率。普遍使用的金属片上Cu2S对电极存在无法控制腐蚀、封装困难、不能使用不透明的光阳极等问题;FTO玻璃上的CuxS(x=1-2)对电极普遍使用化学方法制备。 本项目提出利用简单、低成本的物理法-热蒸发法在FTO 导电玻璃上制备CuxS(x=1-2)对电极。通过改变热蒸发法的工艺条件,调节CuxS中铜/硫计量比、元素价态、电阻、表面积等,研究它们对电极催化活性的影响机理;在此基础上,研究电极催化活性对电池性能影响的微观机理,寻找影响电池高效的主要因素。本研究不但为量子点敏化太阳电池对电极的制备提供新思路,同时通过对电极催化活性及其对太阳电池效率影响等问题的研究也将为提高对电极性能及电池的光电转换效率提供科学依据。
英文摘要
At present, quantum dot-sensitized solar cells (QDSCs) are one of the research focuses in the field of solar cells. By using metal sulfide CuxS ( x=1-2 ) counter electrode, the photo-electrical conversion efficiency of QDSCs can be improved significantly. The most common Cu2S counter electrodes are fabricated through exposing the metal Cu foil to sulfide solution to obtain an interfacial layer of metal sulfide. The problem is that such a preparation method suffers from continual corrosion and ultimately mechanical instability. On the other hand, Cu2S counter electrodes on Cu foil limit direct applications of opaque photoanodes.CuxS ( x=1-2 ) counter electrodes on FTO glass substrates are generally prepared by chemical method. Herein, we propose a simple, low cost and physical preparation method- thermal evaporation to synthesis CuxS ( x=1-2 ) counter electrodes on FTO glass substrates. By adjusting the proceeding conditions, the Cu/S ratio, element valence, resistance, surface area of CuxS can be changed and the mechanisms of their effects on electrocatalytic activity are studied. On this basis, the microscopic mechanism of the counter electrode's electrocatalytic activity on the solar cells performance is studied to find out the main factors affecting QDSCs efficiency. This study will provide a new approach to counter electrodes preparation, and it will also provide reference to improve the performance of counter electrodes and solar cells.
在国家自然科学基金项目的支持下,我们按照计划开展研究工作。主要取得了以下进展:利用热蒸发法制备了CuxS (x=1-2)薄膜,通过调节实验参数获得不同组分、形貌的薄膜。我们将不同组分和形貌的CuxS (x=1-2)对电极与传统铜片上的Cu2S以及FTO玻璃上Pt对电极进行对比,CuxS (x=1-2)对电极在多硫电解质中表现出更高的催化活性及稳定性。利用上述对电极组装了量子点敏化太阳电池(QDSC),发现电池的光伏性能依赖于退火时间,当退火时间为300秒(VTE-CuxS-300s CE),在一个标准太阳光下电池获得最高3.16%的光电转换效率,远高于利用Brass-Cu2S以及Pt对电极组装电池的效率。通过多种电化学方法(电化学阻抗谱、极化曲线、循环伏安)研究了它们的催化活性。另外,我们还利用化学溶液法(CBD)和水热法分别制备了厚度很薄的CuS(47-115nm)和不同颗粒形状的FeS2对电极,并对其进行光、电、催化性能的测试,以便更深入了解多种硫化物对电极催化活性的差异。本研究不但为量子点敏化太阳电池对电极的制备提供新思路,同时为提高太阳电池的光电转换效率提供了科学依据。
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A new probe into thin copper sulfide counter electrode with thickness below 100 nm for quantum dot-sensitized solar cells
量子点敏化太阳能电池厚度低于100 nm的薄硫化铜对电极的新探索
DOI:
10.1016/j.electacta.2016.04.047
发表时间:
2016-07
期刊:
Electrochimica Acta
影响因子:
6.6
作者:
[Weiwei Dong, Xiaodong Fang, Linhua Hu, Jun Zhu]
通讯作者:
Jun Zhu
Hydrothermal synthesis of iron pyrite (FeS2) as efficient counter electrodes for dye-sensitized solar cells
水热合成黄铁矿(FeS2)作为染料敏化太阳能电池的高效对电极
DOI:
10.1016/j.solener.2016.04.002
发表时间:
2016-08
期刊:
Solar Energy
影响因子:
6.7
作者:
[Xiaodong Fang, Jingzhen Shao, Jun Zhu, Xu Pan]
通讯作者:
Xu Pan
Enhanced electrocatalytic activity of vacuum thermal evaporated CuxS counter electrode for quantum dot-sensitized solar cells
增强量子点敏化太阳能电池真空热蒸发 CuxS 对电极的电催化活性
DOI:
10.1016/j.electacta.2014.12.089
发表时间:
2015-02
期刊:
Electrochimica Acta
影响因子:
6.6
作者:
[Tao, Ruhua, Zhang, Qingli, Hu, Linhua, Zhu, Jun]
通讯作者:
Zhu, Jun
High photovoltages of CuFeO2 based p-type dye-sensitized solar cells
CuFeO2基p型染料敏化太阳能电池的高光电压
DOI:
10.1016/j.jallcom.2016.06.231
发表时间:
2016-11
期刊:
Journal of Alloys and Compounds
影响因子:
6.2
作者:
[Jingzhen Shao, Ruhua Tao, Chao Song, Lu Wang]
通讯作者:
Lu Wang
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