隨著能源與環(huán)境危機(jī)的不斷加劇,太陽(yáng)能作為地球上最為重要的能量來(lái)源,獲得了許多的關(guān)注。而太陽(yáng)能光電化學(xué)(Photoelectrochemical,PEC)分解水是將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,從能源轉(zhuǎn)化的角度,具有清潔無(wú)污染的特性,成為研究的熱點(diǎn)。近年,銅銦鎵硒(CIGS)作為一種極具潛力的光陰極材料,收到了許多關(guān)注。實(shí)驗(yàn)證明,可以通過(guò)調(diào)整CIGS的化學(xué)組成,使之具有適合光解水的能帶結(jié)構(gòu)。然而,將CIGS光陰極用于光解水體系具有更大的難度,主要有以下三點(diǎn):電極/電解質(zhì)界面處的電荷傳輸慢,電極表面反應(yīng)速率慢和水溶液中的不穩(wěn)定性。因此,如何提高CIGS光陰極的光電催化性能顯得尤為重要。首先,本論文以CIGS/CdS/TiO₂結(jié)構(gòu)為原型,設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的兩步負(fù)載鉑助劑的方法,實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立控制Pt助催化劑的空間分布和粒徑。當(dāng)僅進(jìn)行光電沉積(PED)工藝或者濺射工藝時(shí),CIGS電極表現(xiàn)出較差的PEC性能。采用兩步法鍍鉑方法時(shí),CIGS電極的填充因子從10%提升到34.6%,在0 V_RHE電壓下,光生電流可達(dá)25 mA cm^-2。同時(shí),兩步...

【文章頁(yè)數(shù)】：104 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
        1.1.1 光能轉(zhuǎn)化為熱能
        1.1.2 光能?電能轉(zhuǎn)化
        1.1.3 光能?化學(xué)能轉(zhuǎn)化
    1.2 光催化水分解制氫的基本原理
    1.3 光電催化(PEC)分解水制氫
        1.3.1 PEC分解水制氫的基本原理
        1.3.2 高效光解水半導(dǎo)體催化劑的基本要求
        1.3.3 常見(jiàn)光電解水陰極半導(dǎo)體材料
    1.4 銅銦鎵硒(CIGS)的性質(zhì)及研究進(jìn)展
        1.4.1 CIGS材料的基本性質(zhì)
        1.4.2 CIGS薄膜的制備方法
        1.4.3 CIGS材料在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用和研究
        1.4.4 CIGS在光電解水體系的應(yīng)用
        1.4.5 CIGS光電陰極存在的問(wèn)題
    1.5 原子層沉積技術(shù)
    1.6 本論文研究工作設(shè)想
        1.6.1 選題意義
        1.6.2 工作設(shè)想
第2章 實(shí)驗(yàn)方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)試劑以及儀器
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    2.2 基本表征方法
        2.2.1 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.2.2 場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡(TEM)
        2.2.3 X射線衍射分析(XRD)
        2.2.4 X射線光電子能譜(XPS)
        2.2.5 紫外-可見(jiàn)光譜(UV-Vis)
        2.2.6 光致發(fā)光光譜(PL)
        2.2.7 橢偏儀
        2.2.8 電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜(ICP-OES)
        2.2.9 激光顯微拉曼光譜儀
        2.2.10 瞬態(tài)熒光光譜測(cè)試系統(tǒng)(TR-PL)
    2.3 光電陰極性能表征
        2.3.1 電流密度?電壓曲線(I?V曲線)
        2.3.2 光電流密度?時(shí)間曲線(I?t曲線)
        2.3.3 施加電壓光-電轉(zhuǎn)化效率(ABPE)
        2.3.4 光-電轉(zhuǎn)化效率(IPCE)
        2.3.5 電化學(xué)阻抗譜(EIS)
        2.3.6 莫特?肖特基曲線(M?S曲線)
        2.3.7 產(chǎn)氫效率測(cè)試
第3章 兩步法實(shí)現(xiàn)CIGS電極表面產(chǎn)氫性能的增強(qiáng)
    3.1 產(chǎn)氫助劑的選擇
    3.2 Pt助劑在光電電極上的負(fù)載方式
        3.2.1 光電化學(xué)沉積(Photo-electrodeposition PED)
        3.2.2 濺射沉積法(Sputter)
    3.3 兩步鍍鉑法制備Pt助催化劑
        3.3.1 CIGS/CdS異質(zhì)結(jié)的制備
        3.3.2 TiO₂原子層沉積薄膜
        3.3.3 助催化劑的負(fù)載
    3.4 結(jié)果與討論
        3.4.1 CIGS光電陰極的SEM表征
        3.4.2 不同負(fù)載方式下的Pt助劑的TEM表征
        3.4.3 負(fù)載不同方法Pt助劑的CIGS光電陰極的光電性能表征
        3.4.4 不同負(fù)載方法制備的Pt助劑的EIS阻抗表征
        3.4.5 不同負(fù)載方法制備的Pt助劑的動(dòng)力學(xué)表征
    3.5 本章小結(jié)
第4章 CIGS光電陰極界面缺陷的消除
    4.1 CdS/保護(hù)層TiO₂界面缺陷的影響
    4.2 Al₂O₃薄膜的鈍化作用
    4.3 Al₂O₃界面層鈍化的CIGS光電陰極的制備
        4.3.1 CIGS/CdS異質(zhì)結(jié)的制備
        4.3.2 Al₂O₃鈍化層的制備
        4.3.3 TiO₂保護(hù)層的制備
        4.3.4 助催化劑的負(fù)載
        4.3.5 CIGS固態(tài)器件的制備
    4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        4.4.1 CIGS光電陰極的SEM表征
        4.4.2 Al₂O₃薄膜的TEM表征
        4.4.3 Al₂O₃薄膜的XPS表征
        4.4.4 CIGS光電陰極的PL光譜表征
        4.4.5 CIGS光電陰極的暫態(tài)電流測(cè)試
        4.4.6 CIGS光電陰極固態(tài)電流-電壓曲線
        4.4.7 不同厚度Al₂O₃鈍化的CIGS光陰極的電流-電壓圖
        4.4.8 CIGS光電陰極的能帶示意圖
        4.4.9 界面鈍化的CIGS光電陰極的電流密度-電壓圖
        4.4.10 CIGS光電陰極的施加電壓光-電轉(zhuǎn)化效率圖(ABPE)
        4.4.11 界面鈍化的CIGS光陰極的光-電轉(zhuǎn)換效率圖(IPCE)
        4.4.12 界面鈍化的CIGS光陰極的產(chǎn)氫性能圖
        4.4.13 界面鈍化的CIGS光陰極的電流密度-時(shí)間圖
        4.4.14 CIGS光電陰極反應(yīng)后的形貌表征
        4.4.15 CIGS光陰極在強(qiáng)酸性溶液中的光電性能
        4.4.16 CIGS-BiVO₄光電化學(xué)串聯(lián)電池
    4.5 本章小結(jié)
第5章 非Cd系CIGS光電陰極的構(gòu)建及光電催化活性
    5.1 前言
        5.1.1 常見(jiàn)的n型半導(dǎo)體材料(buffer layer)
        5.1.2 n型半導(dǎo)體材料TiO2

        5.1.3 Al₂O₃界面鈍化層
        5.1.4 惰性氣體下的熱處理過(guò)程
    5.2 非Cd系CIGS光電陰極的制備
        5.2.1 CIGS吸收層的制備
        5.2.2 原子層沉積薄膜的制備
        5.2.3 惰性氣體下的熱處理(post-annealing in N₂-NPA)
        5.2.4 助催化劑的負(fù)載
    5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        5.3.1 CIGS光電陰極的SEM表征
        5.3.2 TiO₂薄膜熱處理前后的XRD表征
        5.3.3 TiO₂薄膜熱處理前后的Raman表征
        5.3.4 TiO₂薄膜熱處理前后的莫特-肖特基曲線(M-S plot)
        5.3.5 TiO₂薄膜的UV-vis表征
        5.3.6 焙燒前后Al₂O₃鈍化的CIGS的Raman表征
        5.3.7 CIGS光電陰極的莫特-肖特基曲線圖
        5.3.8 CIGS光陰極光電響應(yīng)性能
        5.3.9 CIGS光陰極的暫態(tài)電壓變化圖
        5.3.10 CIGS光陰極的光-電轉(zhuǎn)換效率圖(IPCE)
        5.3.11 CIGS光電陰極的電流密度-時(shí)間圖
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 本論文創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明
致謝



本文編號(hào)：3834713

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