硫锡化合物的合成及其在太阳能电池中的应用

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随着现代科学技术的发展和工业文明的进步,化石能源成为了人类不可或缺的能源形式。但是,随着人们的不断挖掘与使用,化石能源日益减少;同时,过量使用化石能源给环境带来了不可逆的损害。太阳能是一种储量丰富的清洁能源,太阳能的利用有望解决目前的环境与能源危机。染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells,DSSCs)具有成本低,污染小,效率高,工艺简单等优势,使得其获得了人们广泛的关注。Pt是一种催化性能优异的金属材料,目前通常使用金属Pt作为DSSCs的对电极(Counter Eletrode,CE)材料。但是由于金属Pt的提取工艺复杂,储量较少,售价昂贵等因素导致由金属Pt作为对电极材料的DSSCs无法大规模应用;同时,金属Pt在长期接触DSSCs中的碘电解液后容易被腐蚀,从而影响DSSCs的使用寿命。基于以上弊端,本文旨在研究制备工艺简便,成本廉价,催化性能优越,稳定性好的材料取代金属Pt作为CE材料,主要包括以下内容:首先通过气-固反应原位制备了硫锡化合物的三种不同物相。通过调控反应温度以及载气流速可以分别得到不同物相的硫锡化合物(SnS,SnS2,Sn2S3),并且生成了不同形貌的SnS。其中具有片层镶嵌结构的微米球形貌,由于其具有较大的比表面积,使得SnS能够充分地与电解液接触,同时SnS优越的催化活性,使得其成为十分有潜力的对电极材料。同时,通过对以上实验方法的改进,直接利用CS2将Sn片硫化成SnS片。该方法避免了传统的旋涂法,磁控溅射法,热解喷雾法等方法造成的复杂的工艺以及高昂的成本。该方法生成的对电极表面由大量的、密集的SnS纳米片镶嵌而成,为电解液提供了更多的接触位点,并且通过循环伏安测试可以看出其具有较好的催化活性。光电测试结果表明,该材料作为CE的DSSCs得到了5.42%的光电转换效率,而相同条件下Pt对电极效率为7.53%。另外,本研究将水热法生成的不同形貌的SnS作为电磁波吸收材料并对其吸波性能进行了测试。结果表明,具有微米带状形貌的SnS吸波性能最为突出,在复合材料填充比为50wt%、厚度为2.3 mm时,它的有效吸波频带宽为4.80 GHz;当它的厚度为7.89 mm时,在频率为3.60 GHz处达到了最低的反射损耗(-32.55Db)。因此认为它是电磁波吸收材料领域的一种新型材料,值得引起大家的关注。
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