论文总字数：27830字

摘 要

染料敏化太阳能电池（DSSCs）由于性能稳定、光电转换效率高、制备工艺简单、清洁环保等诸多优点，引起世界范围广泛关注，成为近年来的研究重点。对电极是染料敏化太阳能电池的重要组成部分，起着催化还原电解质和转移电子的作用。

本文以过渡金属硫化物为研究对象，采用新型的ZIFs材料为模板，FTO为导电基底，通过化学气相沉积（CVD）的方法硫化，制备出单金属硫化钴（CoS）、硫化锌（ZnS）和双金属钴锌硫化物（Zn_0.76Co_0.24S）对电极材料，然后将其组装成DSSCs。通过一系列的表征测试和电化学测试，探究分析过渡金属硫化物活性电极材料的电化学性能，对比不同过渡金属硫化物对电极材料对染料敏化太阳能电池光电转换效率的影响。结果得出双金属硫化物在电化学性能上的表现比单金属硫化物好，具有较低的带隙，较高的导电性和光电转换效率等优势，是一种很好的Pt对电极替代材料。

关键词：染料敏化太阳能电池，过渡金属硫化物，对电极，电化学性能

Design and preparation of binary transition metal sulfide counter electrode

Abstract

Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have attracted worldwide attention due to their stable performance, high photoelectric conversion efficiency, clean and environmentally friendly, simple preparation process, and low production cost, and have become the focus of research in recent years. The counter electrode is an important component of the dye-sensitized solar cell and functions to catalyze the reduction of the electrolyte and transfer of electrons.

In this paper, transition metal sulfides were used as research objects. The new ZIFs were used as templates, FTO was used as a conductive substrate, and sulfided by chemical vapor deposition (CVD) to prepare single metal cobalt sulfide (CoS), zinc sulfide (ZnS) and Bimetallic cobalt zinc sulfide (Zn_0.76Co_0.24S) counter electrode material, which was then assembled into DSSCs. Through a series of characterization tests and electrochemical tests, the electrochemical properties of transition metal sulfide active electrode materials were investigated and compared, and the effects of different transition metal sulfide counter materials on the photoelectric conversion efficiency of dye-sensitized solar cells were compared. The results show that the bimetallic sulfide exhibits better electrochemical performance than single metal sulfide, has lower band gap, higher conductivity and photoelectric conversion efficiency, and is a good Pt pair electrode substitute material.

KEYWORDS: Dye-sensitized solar cell, transition metal sulfide, counter electrode, electrochemical performance

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

目录 Ⅲ

第一章 绪 论 1

1.1引言 1

1.2 染料敏化太阳能电池（DSSCs）概述 2

1.2.1 DSSCs的发展历程 2

1.2.2 DSSCs的基本结构 2

1.2.3 DSSCs的工作原理 3

1.2.4 DSSCs的基本性能参数 4

1.3 染料敏化太阳能电池（DSSCs）对电极材料研究 5

1.3.1铂对电极 5

1.3.2碳材料对电极 6

1.3.3导电聚合物对电极 6

1.3.4无机过渡金属化合物对电极 6

1.3.5其他对电极 7

1.4 染料敏化太阳能电池（DSSCs）对电极研究方法 7

1.4.1 X-射线衍射（XRD） 7

1.4.2扫描电子显微镜（SEM） 8

1.4.3透射电子显微镜（TEM） 8

1.4.4电化学阻抗谱（EIS） 8

1.4.5塔菲尔极化曲线(TAFEL) 8

1.4.6 循环伏安曲线(CV) 9

1.4.7 输出光电流-电压测试曲线（J-V） 9

1.5 本文的研究目的和主要研究内容 9

第二章 单金属硫化物对电极材料的制备及电化学性能研究 10

2.1引言 10

2.2 实验部分 10

2.2.1 实验主要试剂及设备 10

2.2.2硫化钴(CoS)电极材料的制备 11

2.2.3硫化锌(ZnS)电极材料的制备 12

2.3 结果与讨论 13

2.3.1电极材料结构形貌 13

2.3.2电极材料电化学性能 14

2.4本章小结 16

第三章 双金属硫化物对电极材料的制备及电化学性能研究 17

3.1引言 17

3.2 实验部分 17

3.2.1实验主要试剂及设备 17

3.2.2 Zn_0.76Co_0.24S电极材料的制备 18

3.3 结果与讨论 19

3.3.1电极材料结构形貌 19

3.3.2电极材料电化学性能 20

3.4本章小结 23

第四章 全文总结 24

参考文献 25

本科期间科研成果与获奖情况 27

致 谢 28

第一章 绪 论

1.1引言

进入21世纪，世界经济高速发展，科学技术不断提高，虽然人民生活水平有了质的飞跃，但这也导致了能源问题变得越来越紧张，特别是环境污染和日益增长的能源需求之间的矛盾。传统的化石燃料如煤矿、天然气等不可再生资源日益枯竭，风能、太阳能、水力发电等可再生能源在整个能源结构中仍处于边缘地位，核能发电有诸多潜在的后遗症和危险性。所以，寻找和开发新型高效清洁能源已成为人类面临的首要任务。而在所有可再生能源中，利用光电效应将太阳能直接转化为电能的太阳能电池，因其具有来源丰富、生产清洁、技术安全、价格低廉等诸多优点，成为最有前途的光伏装置。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：27830字