研究目的
制备一种低成本、高催化活性的量子点敏化太阳能电池对电极,以提高光伏性能。
研究成果
通过电泳沉积和硫化法在镍片上制备的CoS2对电极比在FTO上表现出更高的电催化活性和光伏性能,由于电阻更低和电荷转移速率更高,效率从1.95%提升至3.24%。该方法简单、低成本,适用于柔性量子点敏化太阳能电池。
研究不足
该研究仅限于特定材料(CoS2、镍片、FTO)和方法(电泳沉积、硫化)。潜在的优化方向包括探索其他基底或沉积条件,以进一步提高效率和稳定性。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用电泳沉积(EPD)技术在镍片和FTO基底上制备ZIF-67薄膜,随后用硫代乙酰胺硫化形成CoS2薄膜。通过表征后将其作为量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)的对电极,使用J-V曲线、EIS和Tafel测试评估其光电化学性能。
2:样品选择与数据来源:
使用镍片和FTO导电玻璃基底。ZIF-67由六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)和2-甲基咪唑合成。CdS和PbS量子点通过连续离子层吸附反应(SILAR)法沉积于TiO2光阳极上。
3:实验设备与材料清单:
设备包括扫描电镜(FEI Nova Nano SEM 230)、X射线衍射仪(Rigaku D/max-2500)、X射线光电子能谱仪(AXIS ULTRA Al Kα)、傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet 360)、电化学工作站(Solartron 1287/1260)、太阳光模拟器(Newport 94023A)和高分辨透射电镜(Tecnai G2 F20)。材料包括镍片、FTO玻璃(日本板硝子株式会社,方阻10 Ω·sq-1)、六水合硝酸钴、2-甲基咪唑、硫代乙酰胺、异丙醇、甲醇、乙醇、TiO2胶体、硝酸镉、硫化钠、硝酸铅、醋酸锌及多硫化物电解液。
4:0)、X射线衍射仪(Rigaku D/max-2500)、X射线光电子能谱仪(AXIS ULTRA Al Kα)、傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet 360)、电化学工作站(Solartron 1287/1260)、太阳光模拟器(Newport 94023A)和高分辨透射电镜(Tecnai G2 F20)。材料包括镍片、FTO玻璃(日本板硝子株式会社,方阻10 Ω·sq-1)、六水合硝酸钴、2-甲基咪唑、硫代乙酰胺、异丙醇、甲醇、乙醇、TiO2胶体、硝酸镉、硫化钠、硝酸铅、醋酸锌及多硫化物电解液。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:ZIF-67合成包括将硝酸钴和2-甲基咪唑溶于甲醇、搅拌、陈化、离心和干燥。电泳沉积在20至60 V·cm-1电场下进行。硫化处理通过浸泡于硫代乙酰胺/乙醇溶液并回流实现。光阳极通过SILAR循环制备。组装电池后注入电解液并进行表征。
5:数据分析方法:
通过分析J-V曲线、EIS和Tafel曲线数据,提取光伏参数(短路电流密度Jsc、开路电压Voc、填充因子ff、转换效率η)、串联电阻(Rs)、电荷转移电阻(Rct)和交换电流密度(J0)。
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Scanning Electron Microscope
Nova Nano SEM 230
FEI
Used to observe the morphologies of CoS2 thin films.
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X-ray Powder Diffractometer
RigakuD/max-2500
Rigaku
Used to analyze the crystalline structure of the samples.
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FTIR Spectrophotometer
Nicolet 360
Thermo Fisher Scientific
Used to measure Fourier transform infrared spectra of the samples.
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High Resolution Transmission Electron Microscope
Tecnai G2 F20
FEI
Used to determine the microstructures of CoS2.
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FTO conducting glass
10 Ω·sq-1
Nippon Sheet Glass Co., Ltd
Used as a substrate for depositing ZIF-67 thin films and as a counter electrode in solar cells.
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X-ray Photoelectron Spectrometer
AXIS ULTRA
Kratos Analytical
Used to measure the chemical composition and valence states of the samples.
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Potentiostat
Solartron 1287/1260
Solartron Analytical
Used to control potential and record current values for EIS and Tafel measurements.
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Solar Simulator
Newport 94023A
Newport
Used to provide illumination for J-V curve measurements.
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