量子點(diǎn)敏化太陽能電池光陽極膜結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、QDSSC由于其成本低、理論轉(zhuǎn)換效率高被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)、高效的第三代太陽能電池，從而受到研究者的廣泛關(guān)注。光陽極材料是QDSSC中的重要部分，起著光生電荷分離和傳輸?shù)淖饔?。因此，光陽極材料的結(jié)構(gòu)對QDSSC的光電性能有著決定性作用。理想的光陽極材料應(yīng)具有1）高比表面積，為量子點(diǎn)的沉積提供更多成核位點(diǎn)提高量子點(diǎn)負(fù)載比例;2）有序的組裝結(jié)構(gòu)，形成高效傳輸通道有利于光生電子的快速傳輸;3）良好的光散射能力，最大限度的拓寬吸收范圍并捕獲入射太陽

2、光。本文利用不同方法制備出多種TiO2和SnO2結(jié)構(gòu)作為光陽極材料，將其應(yīng)用于CdS/CdSe共敏化量子點(diǎn)太陽能電池，并研究其微/納米結(jié)構(gòu)對其光電轉(zhuǎn)換效率的影響機(jī)制。主要的研究內(nèi)容如下:
　　(1)用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)輔助溶劑熱方法制得了獨(dú)特的石墨烯/TiO2復(fù)合結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)CTAB能夠促使TiO2納米晶在還原石墨烯上均勻分布和高密度包覆，并將復(fù)合材料用作光陽極。由于TiO2納米晶高密度包覆的石墨烯(RGT-H)具

3、有高量子點(diǎn)負(fù)載量、光散射能力，可以有效地捕獲入射光，同時(shí)具有低載流子復(fù)合幾率和階躍能級，能夠有效抑制注入電子的反向擴(kuò)散，從而RGT-H電池的光電流密度達(dá)到12.38mAcm-2，開路電壓569mV,填充因子57％，故此獲得了4.02％的光電轉(zhuǎn)換效率，與納米晶體電池(2.85％)相比提高～40％。
　　(2)通過溶劑熱法制備出多維TiO2分級結(jié)構(gòu)(MD-THSs)，它是由零維的納米晶先經(jīng)過有序排列，形成一維介孔納米帶，進(jìn)而組裝形成三

4、維分級結(jié)構(gòu)。將其作為光電陽極用于CdS/CdSe共敏化量子點(diǎn)太陽能電池，通過對光陽極膜厚度優(yōu)化，厚度為～15μm的光陽極可達(dá)到14.39mAcm-2的電流密度，561mV的開路電壓，從而達(dá)到4.20％的光電轉(zhuǎn)換效率，與納米晶電池相比，光電轉(zhuǎn)換效率高出～35％。這主要是由于MD-THSs具有高比表面積(160m2g-1)，寬孔徑分布(1～100nm)以及定向有序的初級TiO2納米晶，從而有利于量子點(diǎn)的負(fù)載，電解液在陽極膜中的擴(kuò)散以及光電子

5、的傳輸。
　　(3)利用水熱法制備出SnO2材料并研究其生長過程及調(diào)控機(jī)理。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)證實(shí)pH值可以有效的調(diào)控納米顆粒的組裝過程，通過調(diào)節(jié)NaOH添加量，可選擇性生成棒狀結(jié)構(gòu)，微球以及納米顆粒。利用這些不同的SnO2結(jié)構(gòu)，經(jīng)TiCl4處理制備TiO2/SnO2復(fù)合光陽極結(jié)構(gòu)用于QDSSC。試驗(yàn)表明，納米微球可以有效地平衡比表面積和陽極膜中晶界數(shù)量，在提高量子點(diǎn)負(fù)載量的同時(shí)保證了光電子的有效傳輸。故此相應(yīng)的QDSSC達(dá)到1.61％的