三元鈷基硫化物與碳材料復合后光電性能提升的研究
發(fā)布時間：2021-12-18 11:00
工業(yè)革命以來,地球上的環(huán)境負擔越來越重。太陽能作為清潔能源的代表,得到了科學界的廣泛關注。上個世紀,硅基太陽能電池得到了大力發(fā)展,但是由于硅基太陽能電池的制作工藝復雜,報廢后污染較大,這嚴重制約了傳統(tǒng)硅基太陽能電池的發(fā)展。上世紀末期,染料敏化太陽能電池（DSSC）的問世為太陽能轉化為電能這一過程提供了新的途徑。目前,為了提高染料敏化太陽能電池的光電轉化效率各個實驗室采取了許多措施,其中制備新型對電極是一個不錯的嘗試。由三元鈷基硫化物制成的對電極有較優(yōu)異的電化學性能,對I-/I3-氧化還原對有較強的催化能力。并且,新型碳材料的研究也進入了一個新的階段,顯示出更優(yōu)越的電化學性能。本文將三元鈷基硫化物和新型碳材料進行水熱混合,制備出新型的對電極材料進行測試并改進,探究其性能,本論文分為以下四個部分:第一部分,從亟待解決的環(huán)境問題引出人們對太陽能電池以及染料敏化太陽能電池的研究。簡單介紹了染料敏化太陽能電池的發(fā)展歷程、組成部件和工作原理;介紹了染料敏化太陽能電池對電極材料的蓬勃發(fā)展,引出本文主要研究的是三元鈷基硫化物和碳材料的復...
【文章來源】：安徽大學安徽省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
染料敏化太陽能電池的基本組成與工作原理
安徽大學碩士學位論文21率密度100mWcm-2），將組裝好的染料敏化太陽能電池裝置放在模擬光源下照射，利用計算機記錄光電性能重要參數(shù)，并繪制光電流密度-光電壓（J-V）曲線，J-V曲線能夠直觀的反映出不同對電極材料光電轉換效率的高低，從而表明了其電催化性能之間的差異。3.3測試結果分析3.3.1物理性能表征我們首先對制備的CuCo2S4納米薄片進行X射線粉末衍射測試，圖3.1是CuCo2S4納米薄片的XRD衍射圖譜。從圖中我們可以看出，在16.1°、26.6°、31.3°、38.0°、47.0°、54.8°和64.4°位置處有幾條明顯的特征峰，這恰好對應CuCo2S4（JCPDSNO.42-1450）的（111）、（022）、（113）、（004）、（224）、（044）和（335）晶面。在純凈的CuCo2S4納米薄片X射線衍射圖譜上，并沒有出現(xiàn)明顯的雜峰，這說明我們合成的CuCo2S4納米薄片是純凈的，這為后續(xù)的實驗打下了堅實的基礎，也為探究CuCo2S4復合材料的性能提供了保障。圖3.1CuCo2S4納米薄片的XRD圖譜Figure3.1XRDpatternofCuCo2S4nanosheets接下來，我們對合成的CuCo2S4納米薄片和CuCo2S4@RGO復合材料進行微觀形貌表征，掃描電鏡圖像如圖3.2所示。由圖a和圖b可以看出，CuCo2S4納米薄片的尺寸大約在200納米左右，且大小較為均勻，但是薄片之間容易發(fā)生堆積聚集現(xiàn)象，這大大影響了對電極材料的電催化性能，并且增大了電子轉移電阻，這不利于找尋廉價高效對電極材料的研究；由圖c和d能夠看出，CuCo2S4納米薄片的尺寸更小，并且附著在石
第三章納米片狀CuCo2S4@RGO復合材料作為DSSC對電極材料可行性的研究22墨烯表面，跟石墨烯結合得很緊密。這是因為水熱還原之后氧化石墨烯，隨著官能團的脫去，表面出現(xiàn)大量缺陷，促使了CuCo2S4納米薄片與石墨烯完美的結合。并且，由于缺陷在還原后的氧化石墨烯表面分布較為平均，在分子間作用力的驅(qū)使下，組成CuCo2S4納米薄片的更為細小的納米顆粒進一步分散開來。CuCo2S4@RGO復合材料這樣一種緊密相聯(lián)的結構，減小了催化物質(zhì)之間團簇聚集，并將內(nèi)部物質(zhì)推向更為細小的分散，這些都能保證電催化過程以及光電轉化過程更為高效。而且，由于石墨烯良好的導電性，所以在其充當聯(lián)結物質(zhì)的同時，電子也能在石墨烯表面高速通過，這進一步加快了CuCo2S4@RGO復合材料的光電轉換速率。通過物理性能的表征與分析，我們預測CuCo2S4@RGO復合材料在作為染料敏化太陽能電池對電極材料進行電化學以及光電轉換性能測試時會有不錯的表現(xiàn)。圖3.2（a）和（b）CuCo2S4納米薄片的掃描電鏡圖像；（c）和（d）CuCo2S4@RGO的掃描電鏡圖像Figure3.2(a)and(b)SEMimagesofCuCo2S4nanosheets;(c)and(d)SEMimagesofCuCo2S4@RGO3.3.2電化學性能測試結果在將制備出的CuCo2S4納米薄片和CuCo2S4@RGO復合材料進行物理性能測試之后，我們已經(jīng)從微觀形貌以及晶體構型方面對二者進行了表征，并初步得出了結果，那就是三元鈷基材料CuCo2S4與碳材料還原氧化石墨烯（RGO）復合后，電催化性能、電化學穩(wěn)定性以及光電轉換表現(xiàn)將有很大的提高。但是，具體提升幅度有多少，并且與傳統(tǒng)的
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Nb2O5包覆對TiO2納米陣列/上轉換發(fā)光復合結構柔性染料敏化太陽能電池性能的影響[J]. 呂喜慶,張環(huán)宇,李瑞,張梅,郭敏. 無機材料學報. 2019(06)
本文編號：3542253
【文章來源】：安徽大學安徽省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
染料敏化太陽能電池的基本組成與工作原理
安徽大學碩士學位論文21率密度100mWcm-2），將組裝好的染料敏化太陽能電池裝置放在模擬光源下照射，利用計算機記錄光電性能重要參數(shù)，并繪制光電流密度-光電壓（J-V）曲線，J-V曲線能夠直觀的反映出不同對電極材料光電轉換效率的高低，從而表明了其電催化性能之間的差異。3.3測試結果分析3.3.1物理性能表征我們首先對制備的CuCo2S4納米薄片進行X射線粉末衍射測試，圖3.1是CuCo2S4納米薄片的XRD衍射圖譜。從圖中我們可以看出，在16.1°、26.6°、31.3°、38.0°、47.0°、54.8°和64.4°位置處有幾條明顯的特征峰，這恰好對應CuCo2S4（JCPDSNO.42-1450）的（111）、（022）、（113）、（004）、（224）、（044）和（335）晶面。在純凈的CuCo2S4納米薄片X射線衍射圖譜上，并沒有出現(xiàn)明顯的雜峰，這說明我們合成的CuCo2S4納米薄片是純凈的，這為后續(xù)的實驗打下了堅實的基礎，也為探究CuCo2S4復合材料的性能提供了保障。圖3.1CuCo2S4納米薄片的XRD圖譜Figure3.1XRDpatternofCuCo2S4nanosheets接下來，我們對合成的CuCo2S4納米薄片和CuCo2S4@RGO復合材料進行微觀形貌表征，掃描電鏡圖像如圖3.2所示。由圖a和圖b可以看出，CuCo2S4納米薄片的尺寸大約在200納米左右，且大小較為均勻，但是薄片之間容易發(fā)生堆積聚集現(xiàn)象，這大大影響了對電極材料的電催化性能，并且增大了電子轉移電阻，這不利于找尋廉價高效對電極材料的研究；由圖c和d能夠看出，CuCo2S4納米薄片的尺寸更小，并且附著在石
第三章納米片狀CuCo2S4@RGO復合材料作為DSSC對電極材料可行性的研究22墨烯表面，跟石墨烯結合得很緊密。這是因為水熱還原之后氧化石墨烯，隨著官能團的脫去，表面出現(xiàn)大量缺陷，促使了CuCo2S4納米薄片與石墨烯完美的結合。并且，由于缺陷在還原后的氧化石墨烯表面分布較為平均，在分子間作用力的驅(qū)使下，組成CuCo2S4納米薄片的更為細小的納米顆粒進一步分散開來。CuCo2S4@RGO復合材料這樣一種緊密相聯(lián)的結構，減小了催化物質(zhì)之間團簇聚集，并將內(nèi)部物質(zhì)推向更為細小的分散，這些都能保證電催化過程以及光電轉化過程更為高效。而且，由于石墨烯良好的導電性，所以在其充當聯(lián)結物質(zhì)的同時，電子也能在石墨烯表面高速通過，這進一步加快了CuCo2S4@RGO復合材料的光電轉換速率。通過物理性能的表征與分析，我們預測CuCo2S4@RGO復合材料在作為染料敏化太陽能電池對電極材料進行電化學以及光電轉換性能測試時會有不錯的表現(xiàn)。圖3.2（a）和（b）CuCo2S4納米薄片的掃描電鏡圖像；（c）和（d）CuCo2S4@RGO的掃描電鏡圖像Figure3.2(a)and(b)SEMimagesofCuCo2S4nanosheets;(c)and(d)SEMimagesofCuCo2S4@RGO3.3.2電化學性能測試結果在將制備出的CuCo2S4納米薄片和CuCo2S4@RGO復合材料進行物理性能測試之后，我們已經(jīng)從微觀形貌以及晶體構型方面對二者進行了表征，并初步得出了結果，那就是三元鈷基材料CuCo2S4與碳材料還原氧化石墨烯（RGO）復合后，電催化性能、電化學穩(wěn)定性以及光電轉換表現(xiàn)將有很大的提高。但是，具體提升幅度有多少，并且與傳統(tǒng)的
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Nb2O5包覆對TiO2納米陣列/上轉換發(fā)光復合結構柔性染料敏化太陽能電池性能的影響[J]. 呂喜慶,張環(huán)宇,李瑞,張梅,郭敏. 無機材料學報. 2019(06)
本文編號：3542253
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