金属硫化物的合成及其在量子点敏化太阳能电池中的应用

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1、中图分类号：064密级：公开UDC：540学校代码：10094硕士学位论文（学历硕士）金属硫化物的合成及其在量子点敏化太阳能电池中的应用SynthesisofMetalSulfidesandTheirApplicationinQuantum-Dot-SensitizedSolarCells研究生姓名：郑海阔指导教师：武明星教授学科专业：物理化学研究方向：电化学论文开题日期：2015年10月20日二〇一七年三月十八日中图分类号：064密级：公开UDC：540学校代码：10094硕士学位论文（学历硕士）金属硫

2、化物的合成及其在量子点敏化太阳能电池中的应用SynthesisofMetalSulfidesandTheirApplicationinQuantum-Dot-SensitizedSolarCells作者姓名：郑海阔指导教师：武明星教授学科专业：物理化学研究方向：电化学论文开题日期：2015年10月20日I摘要量子点敏化太阳能电池（QDSC）是近几年新兴的一种太阳能电池。由光阳极、电解液、对电极三部分构成。在对电极材料中，Pt因其较强的催化性和导电性，成为广泛使用的对电极材料。然而，Pt价格昂贵、与硫化物电

3、解液有很强的键合作用，限制了Pt在QDSC中的应用。为了打破QDSC对电极材料选取的桎梏，开发新型对电极材料已迫在眉睫。金属硫化物材料具有较强的稳定性和较高的催化能力，是最有希望替代贵金属Pt的材料。本文主要从两方面入手，首先制备ZnO列阵；其次，合成金属硫化物材料并应用于ZnO列阵中。具体操作如下：首先，合成棒状ZnO列阵，并通过控制化学浴沉积（CBD）的条件，使ZnO吸附CdS量子点，以CuS作为对电极。经测试发现：生长时间为1.5h，ZnO的长度为2.40µm时，效率最优——1.83%。在后续的对电极

4、测试中将使用此条件下的光阳极。其次，利用水热法制备球形的FeS2、Co9S8、NiS、ZnS以及花片球形的CuS，粒径分别为：10µm、1µm、200nm、300nm以及3µm。组装成以ZnO为光阳极、金属硫化物为对电极的QDSC。经测试：除导电性差的ZnS效率（0.14%）要低于Pt（0.3%），其余硫化物电极效率均高于Pt电极，其中NiS表现出最优的电池效率——2.45%。综上所述，本文成功合成出一系列硫化物对电极材料，在一定程度上拓宽了QDSC对电极材料的选取范围，降低了QDSC的生产成本，使大面积生

5、产QDSC成为可能。关键词：量子点敏化太阳能电池ZnO光阳极对电极金属硫化物IIIAbstractQuantumdotsensitizedsolarcells(QDSC)isanewtypeofsolarcellsinrecentyears.Itcontainsthephotoanode、electrolyteandcounterelectrode(CE).PtisthemostwidelyusedforCEduetoitshighelectricalconductivityandcatalyticacti

6、vity.However,Ptisexpensiveandbondedstronglywithelectrolytesolution,whichlimitsitsapplication.Toovercomethisdemerit,manyeffortshavebeenmadetoexploitnewmaterialsforQDSC.IntheQDSCCEmaterialrange,themetalsulfidesmaterialisthemostpotentialtoreplacepreciousmetal

7、PtduetotheexcellentstabilityandcatalyticabilityThisarticlemainlydiscussedintwoaspects:Firstly,theZnOnanorodphotoanodewassuccessfullysynthesized,Secondly,thementalsulfidesCEmaterialwassynthesizedandappliedtoZnOphotoanode.Specificoperationsasfollow:Firstly,t

8、heZnOnanorodarrayshasbeensynthesizedbythewayofHydrothermalmethod.WecontroltimeandtemperatureformakingCdSquantumdotbeadsorbedonthebasisofchemicalbathdisposition(CBD),theCEisCuS.Byelectrochemicalexperiment,ther