太阳能由于分布广泛、获取便利、储量巨大、安全无污染、光伏技术成本低廉等先天的优势,是最有可能规模化应用的新能源之一。太阳能电池经历了数十年技术革新与发展,已经形成了硅基太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等体系。其中,染料敏化太阳能电池(DSSC)作为第三代太阳能电池,因造价低廉、绿色环保、可柔性设计、户外性能突出以及双面电池转换效率更高等无法替代的优势,展现出了十分光明的应用前景。对电极是DSSC器件的重要组成部分,其催化性和导电性的好坏直接影响J-V曲线中的填充因子,进而影响电池的光电效率。金属铂作为最常用的对电极催化材料使得DSSC器件成本上升,在碘基电解质中生成的副产物Pt I4而导致Pt流失或催化失活,电池工作的稳定性难以保障。多元过渡金属化合物作为重要的对电极材料,不仅具有良好的导电性和催化性,还兼有价格低、性能稳定等优点,是重要的低Pt和无Pt对电极的替代材料。本文介绍了两种多元化合物对电极材料钼铟硫(MoIn2S4)和钼铟锡硫(MoInSnS),研究了它们在DSSC器件中的电化学性能和光电性能。具体研究工作如下:(1)通过一步水热法,以FTO为基底,成功制备了全新的三元过渡金属化合物MoIn2S4,并首次用作DSSC的对电极。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线粉末衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、比表面积测试(BET)表征Mo In2S4样品的表面形貌、元素组成和晶体结构。结果表明,中等含量In Cl3合成出的花瓣状纳米片阵列结构MoIn2S4具有最大的比表面积,这将充分提供更多的催化活性点位,有利于促进电解质中I3-的加速还原。通过包括循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和Tafel极化曲线在内的多项电化学测试分析,结果证实了中等含量InCl3合成的Mo In2S4对电极在电解质和对电极界面处有最小的电荷转移电阻Rct、最大的交换电流密度J0和极限扩散电流密度Jlim,从而表明其具有良好的电导率和电催化活性。基于MoIn2S4对电极组装的DSSC在100 m W cm-2的光照下取得了6.51%的光电转换效率,可以和对应的Pt基DSSC相媲美。(2)碳纳米管(CNTs)具有良好的导电性,CNTs掺杂制备的复合对电极通常能发挥材料的协同作用,增强材料的光电性能。在上述制备Mo In2S4最优配比的前驱体溶液中掺入不同含量的CNTs,相同条件下水热制备了三种MoIn2S4@CNTs复合对电极。实验表明,0.02 g CNTs掺杂制备的Mo In2S4@CNTs-2对电极具有刺猬球状纳米片阵列结构,在BET测试中拥有最大的比表面积。经电化学测试,与另外两种样品相比,MoIn2S4@CNTs-2对电极有最小的Rs、Rct,最大的J0和Jlim,与光阳极组装的DSSC,其光电转化效率高达8.38%。与无CNTs掺杂的Mo In2S4对电极相比,基于MoIn2S4@CNTs复合对电极组装电池的光电性能均有显著提升。这得益于CNTs独特的结构及良好的物理化学性质。(3)在前述三元化合物MoIn2S4制备的基础上,通过添加一种新元素Sn,采用相同的制备方法合成出了表面形貌为花瓣片状纳米阵列球形颗粒的四元化合物MoInSn S。通过CV、EIS和Tafel曲线等测试手段,证实了这种MoInSn S纳米颗粒在还原I3-离子时显示出较好的催化活性。与多孔TiO2光阳极组装的DSSC在标准太阳光照强度下,取得了7.17%的光电转化效率。