基于铜锡硫材料的双吸收太阳能电池的制备及光电转换性能研究

【摘要】：当今世界,面对日益严峻的能源问题,新能源的开发利用迫在眉睫。太阳能电池作为利用太阳能的重要器件必将有着广阔的应用前景。本论文中提出了一个新型的电池结构,即双吸收太阳能电池。这种结构的太阳能电池是在传统的光电化学电池的基础上,应用铜锡硫半导体材料替换贵金属铂作为对电极,从而形成了光阳极和光阴极都能吸收光的太阳能电池。作为一种新型的半导体材料,铜锡硫为直接带隙半导体,有着光吸收系数大,元素含量高,价格低廉,对环境友好等特点,必将有着广阔的应用前景。本论文致力于探索双吸收电池的制备、封装与电池性能测试与分析,探讨电池结果性质与工作机理。 首先是双吸收太阳能电池电极的制备与表征。通过溶胶凝胶法在FTO衬底上制备铜锡硫薄膜,先用不同方法配置铜锡硫旋涂液,然后旋涂到导电玻璃上,经退火后可以用作太阳能电池的对电极。然后对其进行XRD、SEM与光谱性质的表征,发现不同的方法可以制备不同形貌的薄膜,以及多孔结构的铜锡硫薄膜可以增加光的传输路径,有效的吸收光,透射率较低,限光性能更好。然后用浸泡法和化学浴沉积分别制备染料敏化光阳极和量子点敏化光阳极,用来组装光电化学太阳能电池。 然后是电池的封装与测试。用制备好的电极,分别封装好了铜锡硫对电极染料敏化电池和铂对电极染料敏化电池,并对其进行了光伏性能测试和电化学性能测试。光伏性能测试中,通过电流-电压输出曲线我们可以看出双吸收太阳电池的光电转换性能优于传统染料敏化电池,短路电流与填充因子均有所提高,这些都与加入了铜锡硫对电极密切相关。同样在量子效率测试中,通过分析IPCE曲线,可以得出双吸收太阳电池由于对电极也可以吸收光,并且可以通过再次反射散射入射光,很大程度上提高了光的利用率,从而使量子效率优于传统电池。电化学性能测试中,应用电化学阻抗谱对电池的内部结构与工作机理进行表征。为电池加一个交流扰动信号得到阻抗谱曲线,在图谱中可以得到电池不同结构的阻抗,以此来分析电荷在电池中的输运过程,并运用等效电路分析来探究电池各个界面的性质。通过分析提出铜锡硫对电极可以有效吸收光提高对电极的高能电子浓度,为电荷的转移提供更强的驱动力,进而使对电极与电解液界面的电荷转移电阻变小,并且可以进一步促进工作电极的电荷传输。然后进一步进行电极反应动力学的测试,通过分析塔菲尔曲线得出铜锡硫对电极可以降低电极反应的过电势,从而提高了对电极的催化性能,因此最终提高了电池的效率。 【关键词】：铜锡硫 双吸收 光电转换 太阳能电池 电化学阻抗谱
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 符号说明12-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 引言13-14
• 1.2 太阳能电池概述14-17
• 1.2.1 太阳能电池工作原理14-16
• 1.2.2 太阳能电池的分类16-17
• 1.3 光电化学太阳电池17-21
• 1.3.1 染料敏化电池17-20
• 1.3.2 电池界面电化学原理20-21
• 1.4 论文选题背景与研究内容21-23
• 参考文献23-25
• 第二章 基于铜锡硫材料的双吸收太阳能电池电极的制备、测试与表征25-39
• 2.1 双吸收电池CTS对电极的制备25-33
• 2.1.1 引言25
• 2.1.2 实验部分25-28
• 2.1.3 实验结果与讨论28-33
• 2.2 双吸收电池工作电极的制备33-36
• 2.2.1 引言33
• 2.2.2 实验部分33-35
• 2.2.3 实验结果与讨论35-36
• 2.3 本章小结36-37
• 参考文献37-39
• 第三章 太阳能电池的封装与性能测试分析39-58
• 3.1 双吸收太阳电池的结构39
• 3.2 太阳能电池的封装39-42
• 3.3 太阳能电池光伏性能测试42-49
• 3.3.1 电流-电压输出特性(I-V曲线)测试和分析42-46
• 3.3.2 太阳能电池量子效率(IPCE)测试和分析46-49
• 3.4 太阳能电池电化学性能测试49-56
• 3.4.1 电化学阻抗谱概述49-50
• 3.4.2 电化学阻抗谱测试分析50-52
• 3.4.3 等效电路分析52-54
• 3.4.4 电极反应测试分析54-56
• 3.5 本章小结56-57
• 参考文献57-58
• 第四章 结论58-59
• 致谢59-60
• 学位论文评阅及答辩情况表60

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

太阳能电池研究的新进展    倪萌,M K Leung,K Sumathy

试谈能源危机和解决的方法    张玉新

世界能源危机与我国的能源安全    周凌云

太阳能利用与可持续发展    姚伟

三相光伏并网发电系统的建模与仿真    陶晓峰;谢君;

平面采光面无阴影影响最佳角度的计算    林媛;

气流上升式太阳能密集烤房烘烤烟叶的研究    陆新莉;徐增汉;吴邦元;王国忠;龚文俊;郭兴志;张西仲;

100kW风光互补电站设计    杨帮宇;

光伏并网发电的最大功率点跟踪算法研究    王桂英;史金玲;纪飞;王欢;

太阳能热风采暖系统设计及可行性研究    于洪艳;齐志勇;

Cs_3(HSO_4)_2(H_2PO_4)的制备及其导电性研究    赵国燕;郭金福;卢印;

NaCl介质中AZ31镁合金的动态电化学腐蚀行为研究    李凌杰;于生海;雷惊雷;何建新;王敬丰;潘复生;

太阳能光伏模块电气特性的数学建模与仿真    戴训江;晁勤;

太阳电池的负载匹配理论与负载变换技术    王康模;陈长缨;于志刚;刘兴华;刘小冲;赵俊;

阴极保护电位对Q235钢氢脆敏感性和力学性能的影响    高志明;文丽娟;

阴极保护对Q235钢空泡腐蚀行为影响的研究    刘洋洋;高志明;王震;

一种基于dp/dv=0的最大功率跟踪控制策略    荣延泽;刘士荣;毛军科;李松峰;

光伏发电最大功率跟踪控制方法的研究    李星辰;王琳;

基于PSIM9.0的单相光伏逆变系统的仿真研究    孙冰;白树忠;郑世松;

光伏并网给定电流幅值偏移的孤岛检测方法    郑世松;孙冰;王玉斌;

聚二乙烯基乙炔的氢氯化改性    陶长元;薛红涛;刘作华;杜军;范兴;刘仁龙;

基于电学方法的再制造零部件缺陷检测与寿命预测应用基础研究    康嘉杰;徐滨士;王海斗;王成彪;

丘陵山区太阳能利用现状和发展趋势    王海军;祝诗平;

含蓄电池储能的光伏并网发电系统的建模与仿真    董旭柱;雷金勇;饶宏;黄晓东;刘怡;李鹏;

海洋优势菌种附着腐蚀Fe_3Al及其复合材料界面与机理研究    常雪婷

涉海抗菌耐蚀性TiO_2复合薄膜的制备及其性能研究    王洪芬

改性纳米二氧化钛薄膜制备及其在模拟海水中光生阴极保护性能研究    王爱萍

分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响    王敏

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

考虑分布式发电的配电网综合负荷建模方法研究    钱军

我国太阳能光伏产业投资风险及决策研究    朱震宇

锗在锌电积中的行为及添加剂作用的研究    刘春侠

咪唑基离子液体在锌电沉积中的作用机理研究    张启波

国家石油储备基地运行管理研究    朱根民

纳米TiO_2的表面改性及其对聚氨酯涂层耐蚀性能的影响    庞宇

奥氏体不锈钢点蚀行为的研究    徐珊

基于软开关PWM技术的光伏逆变器的研究与设计    曹建

红壤土壤腐蚀直接、连续监测技术的研究    李新义

钛合金精密腐蚀加工工艺及机理研究    梁静

用于矿灯充电的独立光伏系统研究    毛娟

太阳能光伏发电单相并网逆变器研究    李本元

太阳能LED照明系统控制器的设计    杜守增

数控选区电沉积快速成型的成型质量研究    李高飞

高压扭转工艺对生物镁锌钙合金组织及性能的影响    任振伟

硅太阳电池材料的研究进展    王晓晶,班群,沈辉

基于铜锡硫材料的双吸收太阳能电池的制备及光电转换性能研究    陈云程