1、太陽能電池由于具有清潔、廉價、高效等特點,作為一種可持續(xù)發(fā)展的能源替代方式,于近年來得到快速的發(fā)展。但目前還存在成本高,轉換效率不高等缺點而沒有被廣泛應用。因此,降低太陽能電池的制備成本和提高太陽能電池的轉換效率成為太陽能電池研究的關鍵,高效新型低成本太陽能電池包括染料敏化太陽能電池和納米晶太陽能電池成為人們的研究熱點。在染料敏化太陽能電池中,多用貴金屬鉑作為光陰極,但其昂貴的價格限制了它的商業(yè)化應用。在薄膜太陽能電池中,CuInS2具

2、有吸收系數(shù)大,禁帶寬度與太陽光譜匹配,直接帶隙半導體等優(yōu)點,但使用高真空鍍膜設備以及CuInS2材料的成分和光電特性對工藝過程的敏感限制了其產(chǎn)業(yè)化應用。本文在總結太陽能電池研究進展的基礎上,開展了染料敏化太陽能電池中光陰極的基礎研究,并采用一步化學法可控制備了不同大小的CuInS2納米晶,通過簡單的化學液滴涂布法制備了薄膜太陽能電池,并測試了其光學及電化學性能,主要內容如下：
　　 ⑴研究了NiPt薄膜作為染料敏化太陽能電池光陰

3、極的行為。采用化學鍍法在導電FTO玻璃基底上首先沉積一層Ni膜,后通過氧化還原法制備NiPt薄膜,改變不同的反應時間制備得到不同載鉑量的Ni1-xPtx(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08)膜。研究顯示Ni0.94Pt0.06膜的載鉑量為5.13μg/cm2,作為光陰極表現(xiàn)出對I3-的高催化性能,高光反射和高的電荷傳輸性能,提高了電池的光電轉換效率。使用Ni0.94Pt0.06膜作光陰極制備的染料敏化太陽能電池獲得了8.21

4、％的光電轉化效率,高于傳統(tǒng)的使用熱分解得到的Pt光陰極的電池效率(7.73％),并且此類電池的穩(wěn)定性較好。結果表明NiPt膜對于低價高效大面積制備染料敏化太陽能電池的光陰極探索具有一定的意義。
　　 ⑵研究了高比表面積微孔碳作為染料敏化太陽能電池光陰極的行為。使用玉米桿制備了廉價的高比表面積微孔碳,將其取代鉑光陰極,測試了其電化學性能。結果表明以微孔碳為活性材料,Vulcan XC-72做導電劑,TiO2為粘結劑的光陰極具有高的

5、催化性能。以微孔碳為活性材料的光陰極的染料敏化太陽能電池在AM1.5(100 mW cm-2)的光照下具有7.36％的轉換效率,與使用鉑作光陰極的太陽能電池的轉換效率相當。其開路電壓達到了798 mV,比使用鉑作光陰極的太陽能電池的電壓高約60 mV。使用高比表面積碳作為光陰極,避免了貴金屬Pt的使用,對于降低染料敏化太陽能電池的制作成本有著重要的實際意義。
　　 ⑶研究了CuInS2納米晶的制備及其光電應用。使用油酸銅,油酸銦

6、和硫粉作為反應物在油酸和油胺的混合溶劑中采用一步反應化學法可控制備了單分散的2-10 nm CuInS2納米晶,討論了油胺作為還原劑和包覆劑對于產(chǎn)物大小的影響。產(chǎn)物的紫外可見吸收和熒光光譜表明所制備的產(chǎn)物具有量子尺寸效應。同時,還采用相同的方法合成了CuIn(SxSe1-x)2(x=0,0.3,0.5,0.7)和AgInS2納米晶,測試表明所得化合物都是純相,顆粒大小約為10 nm。利用化學液滴涂布法制備了新型納米晶太陽能電池(Au/C

7、uInS2納米晶/TiO2納米棒陣列/FTO),通過優(yōu)化條件,所制備的薄膜太陽能電池在AM1.5(100 mW cm-2)光強下達到了0.21％的光電轉換效率,表明這類納米晶材料具有低價薄膜太陽能電池的潛在優(yōu)勢。
　　 ⑷探索了新型結構的太陽能電池。采用簡單的溶劑熱法直接在導電FTO玻璃和絲網(wǎng)印刷的TiO2膜上沉積一層CuInS2膜(CuInS2/FTO和CuInS2/ZiO2/FZO),研究結果表明FTO玻璃上的CuInS2由

8、微米球和納米片組成,膜的厚度可以通過反應物的濃度控制在1-8μm之間,并且膜在400-850 nm間有很強的吸收,帶隙隨著Cu/In的比(1.2-0.9)調節(jié)為1.45-1.61 eV。TiO2基底上的CuInS2膜是由納米片組成。此外,還評價了這兩種膜的光電性能,經(jīng)過熱處理后,所組裝的電池Ag/CdS/CuInS2/FTO,Au/CuInS2/TiO2/FTO在AM1.5(100 mWcm-2)的光強下分別達到了0.33％和0.29％