TiO2基量子點(diǎn)敏化太陽能電池的制備及性能優(yōu)化研究.pdf

1、近十幾年來，由于新型的可再生能源的廣泛使用，使得關(guān)于太陽能電池的研究獲得了矚目關(guān)注。量子點(diǎn)敏化太陽能電池由于其具有理論光電轉(zhuǎn)化效率高、帶隙可控、成本較低等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)使其在各類的太陽能電池中脫穎而出。然而，實(shí)驗(yàn)室制備出的光電轉(zhuǎn)化效率與理論值有一定差距，說明在提高電池性能仍然存在著一些挑戰(zhàn)。其影響因素很多，如量子點(diǎn)種類、光陽極納米結(jié)構(gòu)、電解液、電池結(jié)構(gòu)以及對(duì)電極。
　　基于電池性能的影響因素，本論文從TiO2半導(dǎo)體薄膜的摻雜、C

2、dS/CdSe量子點(diǎn)串聯(lián)結(jié)構(gòu)、SiO2鈍化層、聚硫電解液的濃度以及對(duì)電極的種類進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，來提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。本論文所做的有關(guān)工作，總結(jié)如下：
　　（1）將二維的 g-C3N4納米片摻入 TiO2納米粒子中制備光陽極的介孔層。通過連續(xù)離子沉積方法吸附 CdS敏化劑，量子點(diǎn)的沉積次數(shù)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)優(yōu)選為8次。通過測(cè)試不同 g-C3N4的摻雜量電池器件的光電性能，可以看出電池的光電轉(zhuǎn)化效率隨著摻雜量的增加，展現(xiàn)出先

3、上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)摻雜量為15%時(shí)，電池處于最佳狀態(tài)，其光電轉(zhuǎn)化效率為2.91%，相比摻雜前提高了29.3%。
　?。?）通過化學(xué)浴沉積方法向CdS敏化過的光陽極外再沉積CdSe量子點(diǎn)，形成CdS/CdSe串聯(lián)的共敏化結(jié)構(gòu)。制備的 CdS/CdSe共敏化光陽極兼具有寬帶隙的 CdS易于產(chǎn)生電子和窄帶隙的CdSe吸收波長范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，而使所制備的電池能夠獲得較大的電流密度為14.7 mA/cm2，比單一CdS敏化（8.18 mA/

4、cm2）提高了79.3%。同時(shí)，又對(duì)比了四種對(duì)電極在CdS/CdSe敏化太陽能電池中的電催化活性。結(jié)果顯示醋酸作為緩釋劑制備的 CuS/FTO作為對(duì)電極時(shí)電池性能最佳，其光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了3.87%。
　　（3）通過制備高濃度電解液和引入鈍化層，進(jìn)一步提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化光電轉(zhuǎn)化效率。制備1 mol/L和2 mol/L的電解液測(cè)試得到的電池光電轉(zhuǎn)化效率分別為3.42%和4.02%，電解液濃度的增加可以加快激發(fā)電子后所