染料敏化剂银铜团簇的电子和光学性能研究
为解决能源危机和环境污染问题，我国提出“碳达峰”和“碳中和”倡议，全力发展太阳能等清洁能源。太阳能电池是太阳能大规模利用的主要手段之一，其中的染料敏化太阳能电池因其成本低、原料来源广泛、清洁无污染等优势具有良好的应用前景。目前染料敏化太阳能电池存在稳定性差，光电转化效率低的问题。近年来，Ag-Cu团簇因其优异的光学吸收性能而被设计为染料敏化太阳能电池的敏化剂。但是人们对Ag-Cu团簇结构稳定性、电子和光学性能的研究还不足以使它们得到实际应用。因此，亟需进一步深入开展Ag-Cu团簇性能及应用的研究。首先，本文利用第一性原理研究了Ag-Cu团簇的结构、电子和光学等性能。其次制备了Ag-Cu团簇敏化太阳能电池，并研究了其光电性能。得到的主要结论如下： 第一，研究了9原子Ag-Cu团簇中成分变化对其结构、电子和光学性能的影响，结果表明在Ag-Cu系列团簇中，最低能量的Ag8Cu1、Ag7Cu2、Ag2Cu7和Ag1Cu8团簇结构与Ag9团簇相似，都是由两个五面体和一个四面体组成，其余团簇的结构与纯团簇不一样。Ag5Cu4和Ag2Cu7团簇是幻数团簇，其中Ag5Cu4团簇具有最高的电子稳定性。与Ag9-Ⅰ和Cu9-Ⅰ团簇相比，所有团簇（Ag2Cu7-Ⅰ和Ag1Cu8-Ⅰ除外）的光学吸收峰都出现蓝移。Ag-Cu团簇的拉曼光谱和红外光谱呈现出一些重要的振动峰，可用于确定团簇的组成和结构。 第二，研究了等原子比例的Ag-Cu团簇中尺寸变化对其结构、电子和光学性能的影响，结果表明Ag-Cu团簇的稳定性与二十面体核的形成有关。当n为9时，AgnCun团簇的结构开始形成二十面体核，随着原子数的增加，Ag-Cu团簇易形成二十面体核结构。这一系列团簇中，Ag10Cu10团簇表现出较高的稳定性。Cu16-Ⅱ团簇的电子自旋轨道出现了未配对电子，呈现出磁性。激发态光谱的研究结果表明Ag-Cu团簇在可见光区域的吸收性能优于纯团簇，所有团簇的吸收光谱都随着尺寸增加而出现红移。 第三，制备了不同比例的Ag-Cu团簇及敏化太阳能电池，并研究了其性能。结果表明Ag-Cu团簇的光吸收强度和范围明显优于纯Ag和Cu团簇。Ag-Cu团簇敏化太阳能电池的光电性能研究表明，Ag-Cu团簇敏化的太阳能电池的光电转化效率和稳定性比与Ag和Cu团簇敏化太阳能电池相比得到明显提高。其中，Ag1Cu2团簇敏化太阳能电池具有最好的性能，其开路电压为515mV，短路电流密度为0.246mA/cm2，光电转化效率为0.077%，并且呈现出较好的光电流稳定性。
太阳能电池;染料敏化剂;银铜团簇;制备工艺;电子性能;光学性能
北方民族大学
硕士
物理电子学
李维银
2022
中文
TM242;TM205.1
2022-08-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）