二维过渡金属硫族化合物的生长及电催化性能研究

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能源是发展国民经济和提高人类生活水平的重要物质基础,随着传统能源资源的日益减少,环境污染问题日益加重,开发利用具有安全,清洁、绿色的新能源备受人们关注。太阳能无疑是最有前景的能源之一,而染料敏化太阳能电池以其低成本和较高的太阳能-电力转换效率(PCE)受到了研究人员的青睐。传统的染料敏化太阳能电池大多采用金属铂作为对电极材料,然而由于它的高成本限制了其大规模的应用。于是寻找新的非Pt对电极材料成为了研究的热点,其中,过渡金属硫族化合物由于其具有特殊的光、电、磁及超导等性能,在太阳能电池领域具有非常重要的应用潜力。同时,在光电转化过程中多数对电极材料的潜能也并没有得到充分的发掘和利用。本文以二维硫族化合物及其异质结构作为染料敏化电池对电极,探究对电极光电转化的最大潜能。并寻找可以取代传统Pt对电极,降低电池成本的材料。基于以上目标,本文研究的主要工作包括以下几个方面:(1)利用脉冲激光沉淀技术在FTO导电玻璃上沉积一层钼膜,并使用掩膜来控制薄膜的覆盖率。然后利用气相硫化的方法将Mo转化为MoS2,得到了不同覆盖率的二硫化钼薄膜。通过不同的表征手段发现,在掩膜的控制下,被掩膜遮挡的地方没有生长二硫化钼薄膜,只有掩膜暴露的地方生长结晶性良好,表面平整的薄膜。利用制备好的样品组装染料敏化太阳能电池,电化学测试结果分析表明,电池的效率并没有随着对电极面积减小而成正比例的下降,这说明适当缩小对电极的面积,并不影响电池的光电转化效率。这为今后有效发掘对电极的潜能,节约电池制造成本提供了新的探索方向和可行的实验依据。(2)在FTO导电衬底上利用脉冲激光沉积技术和气相硫化的方法生长纯的MnS薄膜、NiS2薄膜以及二者组成的异质结构,通过控制脉冲激光的脉冲数目和激光的能量来调节薄膜的厚度。将所制备的样品组装染料敏化太阳能电池,电化学测试结果表明,NiS2/MnS这种异质结构具有优异的电化学性能,较高的光电转化效率,与价格昂贵的金属铂相比,资源更加丰富,价格更加低廉,有助于染料敏化太阳能电池的推广,弥补了金属铂的不足之处。
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