铁基底上选择性合成FeS和FeS_2纳米片薄膜及其在双光电极太阳能电池中的应用

【摘要】： 21世纪人类面临着两大困难—能源危机和环境污染。而充分利用取之不尽用之不竭的清洁可再生的太阳能成为人们解决能源问题的一条重要途径。在利用太阳能方面,将太阳能转化为电能的太阳能电池成为科学家们研究的热点。 TiO_2是一种廉价、安全、应用范围广的太阳能电池用材料,但是由于其禁带宽度较大(3.2eV),使其只能吸收太阳光中的紫外光部分,导致其转化效率较低。为了提高其转化效率,对其进行染料敏化,使TiO_2半导体电极能够吸收可见光,从而进一步有效利用太阳能。 FeS_2具有高的光吸收系数(λ≤700nm,α≥5×10~5cm~(-1))和合适的禁带宽度(0.95eV),而且无毒,其组成元素储量又十分丰富,环境相容性好。FeS_2在制造太阳能电池时可以以薄膜的形式使用,材料消耗少,性能稳定,成本低。而FeS自从1950年代起就因其电性质和磁性质被广泛关注,但是在太阳能电池中的应用却很少有报道。 到目前为止,人们用了很多策略来改进太阳能电池的光电转化效率,其中包括染料敏化太阳能电池。然而,很少有报道研究了双光电极染料敏化太阳能电池的性质。双光电极太阳能电池在理论上的转化效率上限约为43%,大于仅用一个光电极的太阳能电池的理论上的转化效率上限。双光电极太阳能电池的一个可能的优势就在于在输出的光生电压上能够得到增大,因此这是一个非常有潜力的改进光电转化效率的策略,有较大的研究意义。 本文用两相软界面法合成了TiO_2纳米棒,并用“刮刀法”制备染料敏化TiO_2纳米棒太阳能电池电极。然后通过简单的、一步水热合成的方法在铁片基底上合成了FeS_x(X=1,2)纳米片薄膜电极,并将其和染料敏化TiO_2纳米棒电极应用到太阳能电池中,构建了一个双光电极太阳能电池。侧重研究了用不同光阴极所产生的开路电压的差异和及其原因。 【关键词】：太阳能电池 双光电极 水热法 刮刀法 FeS FeS_2 染料敏化TiO_2
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-7
• 第一章 绪论7-22
• 1.1 太阳能和太阳能电池的应用背景7-9
• 1.2 太阳能电池转换的理论基础9-11
• 1.3 太阳能电池的研究进展11-18
• 1.3.1 硅系太阳能电池11-12
• 1.3.2 无机半导体薄膜太阳能电池12-13
• 1.3.3 聚合物太阳能电池13
• 1.3.4 敏化纳米晶太阳能电池13-18
• 1.4 太阳能电池电极的制备方法18-19
• 1.5 本论文的选题思想和主要内容19-22
• 第二章 FeS和FeS_2纳米片薄膜电极及TiO_2纳米棒薄膜电极的制备及其表征22-34
• 2.1 引言22-24
• 2.2 实验部分24-27
• 2.2.1 实验原料及实验设备24
• 2.2.2 FeS和FeS_2纳米片薄膜电极的制备24-25
• 2.2.3 TiO_2纳米棒薄膜电极的制备25-26
• 2.2.4 分析测试方法26-27
• 2.3 样品的表征结果分析27-33
• 2.3.1 X射线粉末衍射表征27-29
• 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)表征29-32
• 2.3.3 透射电子显微镜(TEM)表征32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 FeS和FeS_2纳米片薄膜在双光电极太阳能电池中的应用34-42
• 3.1 引言34-35
• 3.2 实验部分35-36
• 3.3 双光电极太阳能电池的性能研究36-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 结论与展望42-43
• 参考文献43-46
• 硕士期间发表的论文和申请专利46-47
• 致谢47

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