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以钙钛矿太阳能电池、量子点敏化太阳能电池为代表的新型薄膜太阳能电池因其简单的制备工艺、低廉的制造成本和较高的效率,正受到人们越来越多的关注。在过去的几年中,人们对上述两种新型太阳能电池的光阳极材料、机理和器件优化方面做了很多突出的工作,取得了巨大的进步。事实上,对电极也是新型太阳能电池中非常关键的部件,是影响电池性能和成本的重要因素,但在这方面的研究却还不够。本论文围绕以上两种新型太阳能电池对电极的制备和应用展开了研究,并取得了如下研究成果: 一、制备了一种适用于叠层量子点敏化太阳能电池的网状Cu2S对电极。在这种叠层量子点敏化太阳能电池的结构中,半透明的网状Cu2S对电极被夹在并联的两个TiO2光阳极之间充当公共的对电极。SEM照片显示网状Cu2S对电极表面为纳米片状结构,Cu2S层的厚度为2.3微米。经电化学阻抗谱测试发现,这种网状Cu2S对电极在多硫电解液中有着良好的催化活性和导电性,串联阻抗和电荷交换阻抗均能够达到同基于黄铜片的Cu2S对电极相当的水平。在上下光阳极均采用CdS/CdSe量子点敏化的条件下,系统优化了上下光阳极TiO2薄膜厚度。I-V测试表明当上光阳极厚度为4.7微米,下光阳极厚度为11.0微米时,这种叠层量子点敏化太阳能电池比单独的上层电池有12%的效率增长,叠层电池的光吸收范围有了一定程度的扩宽。这为优化和提升量子点敏化太阳能电池的效率提供了一种新的思路和途径。 二、发展了一种适用于量子点敏化太阳能电池的PbS/炭黑复合对电极。这种对电极基于一种采用低温、低成本的湿化学法制备的纳米PbS颗粒。XRD结果显示,所制备的PbS纳米颗粒为立方晶型,结晶度良好,但纯PbS对电极的催化性能并不突出。进一步将纳米PbS颗粒同炭黑复合,SEM照片表明,PbS纳米颗粒均匀附着在炭黑颗粒的骨架上,分散性良好。通过系统优化PbS和炭黑的比例,对电极的RCT达到了10.28Ω cm2,这要比其他小组之前研究的纯PbS对电极低一个数量级。I-V测试表明,当PbS与炭黑的质量比为10∶1时,采用PbS/炭黑复合对电极的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池的最高效率可达3.91%。封装的电池在1000个小时的稳定性测试中没有观察到效率衰减,这体现了这种复合对电极同样良好的稳定性。此外,本论文对提升介观多孔对电极性能的思路进行了进一步的探讨。 三、制备了一种适用于无空穴传输层钙钛矿太阳能电池的全碳柔性对电极。这种碳对电极由两部分组成:一层介观碳颗粒层,用来增加同钙钛矿层的良好接触;一层柔性工业石墨纸,用作引出电极。制备并测试了不同尺寸的石墨片与炭黑组成的介观碳层,并对其表面形貌进行了表征。电化学阻抗谱研究发现,对电极与钙钛矿层之间的接触好坏是决定电池内部电荷传输性能的关键因素。采用的碳材料粒径越小,对电极的性能越优异。当采用1微米尺寸的石墨片与炭黑复合时,测得的电池电荷传输阻抗水平最低。经过对采用不同碳对电极的钙钛矿电池进行I-V测试,发现采用这种全碳对电极的无空穴传输层多孔TiO2/CH3NH3PbI3电池可以达到最高10.2%的效率,接近采用Au对电极对比组电池10.7%的效率。这种全碳对电极具有低温制备、方法简单、成本低廉等优势,为未来钙钛矿太阳能电池工业化应用提供了一条新的可行路径。