碘化氧铋太阳电池的构筑及其光电性能研究

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自从人类认识到化石资源的有限性和开发清洁能源的必要性以来,已经对可再生能源进行了大量的研究与探索,其中太阳能发电是各国致力发展的热点。由于传统的太阳能电池电极采用单晶硅等半导体材料,存在制备成本高等不足,制约了太阳能电池快速发展。因此,开发和研究新的太阳能电池材料和电极制备方法仍是太阳能电池发展中的重要方向。   本文首次报道了用碘化氧铋纳米颗粒制备太阳能电池,并开拓性地使用壳聚糖成膜法制备太阳能电池膜电极,研究了分等级片状微球碘化氧铋对光电信号的响应,对比研究了分等级片状微球、片状碘化氧铋对光电信号的影响及染料敏化前后光电信号的变化,取得了以下研究进展:   ⑴运用溶剂热法制备了分等级片状微球碘化氧铋,采用壳聚糖法在常温、常压条件下将碘化氧铋微球制备成光电极。此方法的优点在于不用煅烧,保持了半导体材料原有的特性和活性,而且操作方便、快捷以及环保。该方法不但能用于制备碘化氧铋光电极还可以用于制备其它粉体半导体材料的光电极。   ⑵采用SEM、XRD、UV-vis等方法,对溶剂热法制备的碘化氧铋样品进行了性能表征。研究结果表明碘化氧铋形貌为分等级片状微球结构,Eg=1.77eV,比较了碘化氧铋和二氧化钛的SPS图谱,表明碘化氧铋是一种很有潜力的吸光材料。首次将碘化氧铋-壳聚糖光电极和铂片组装成碘化氧铋-壳聚糖太阳能电池,并在两电极体系中测试出碘化氧铋的光电性质,确定了0.3 mL碘化氧铋-壳聚糖溶液制备的电极光电流最高,此时的开路电压Voc=-461.1 mV,短路电流Isc=20.4μA/cm2,填充因子为FF=0.46。   ⑶采用SEM、XRD、UV-vis等方法,对片状碘化氧铋样品进行了性能表征,研究了形貌及染料敏化对碘化氧铋光电性能的影响。研究结果表明片状结构碘化氧铋比分等级片状微球结构碘化氧铋的光电流增加了十倍,具有更好的光电响应。我们还发现染料敏化后的片状碘化氧铋光电信号增强,表明N3染料促进了碘化氧铋对光的吸收。
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