基于CdSe-CdS共敏化量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池的光電性能研究.pdf

1、隨著地球上的化石燃料的快速消耗殆盡,以及環(huán)境污染的問(wèn)題的不斷加劇。新型清潔、可再生能源已成為世界各國(guó)所普遍關(guān)注和研究對(duì)象。其中太陽(yáng)能作為一種用之不竭、取之不盡的綠色能源最受科研工作者青睞，而利用太陽(yáng)能的主要途徑之一是制作低成本、轉(zhuǎn)換效率高、原材料豐富和無(wú)污染的光伏電池。
　　量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池（QDSSCs)具有制作工藝簡(jiǎn)便、消光系數(shù)高、帶隙可調(diào)，以及可以產(chǎn)生多激子效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，使得量子點(diǎn)電池的理論效率高達(dá)44％，超過(guò)了Shock

2、ley-Queisser極限32%轉(zhuǎn)化率，近年來(lái)備受人們的關(guān)注。但是，目前來(lái)說(shuō)QDSCs電池光電轉(zhuǎn)換效率還遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSCs）和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。從QDSSCs的工作原理可以得出，量子點(diǎn)中激發(fā)電子與空穴的快速分離以及激發(fā)電子的及時(shí)轉(zhuǎn)移是影響其光電轉(zhuǎn)換效率的主要因素。
　　本論文基于CdS/CdSe共敏化體系，圍繞如何優(yōu)化量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池量子點(diǎn)吸附及內(nèi)部的電荷傳輸路徑等開(kāi)展一系列研究工作，以此來(lái)提高光電轉(zhuǎn)換

3、效率。主要包括以下三個(gè)方面：
　　1)TiO2光陽(yáng)極的優(yōu)化，以鈦酸四正丁酯為鈦源，通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱法制備了TiO2等級(jí)微米球（TiO2-HS）。TiO2-HS是由TiO2納米線集聚而成的等級(jí)結(jié)構(gòu)球，呈介孔結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的光散射性能及對(duì)量子點(diǎn)的的吸附能力。將制備TiO2-HS作為反射層與TiO2納米晶薄膜制備出雙層膜應(yīng)用到CdSe/CdS共敏化量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池中。測(cè)試結(jié)果得到，這種雙層膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成的電池短路電流密度達(dá)到16.81mA·c

4、m-2，效率為4.50%，比單純的TiO2納米顆粒薄膜組成的電池效率提高了24.7%。
　　2)在CdSe/CdS共敏化雙層膜結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極的基礎(chǔ)上，用離子交換法沉積PbS量子點(diǎn)敏化層，制備CdSe/CdS/PbS三重敏化量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池。PbS量子點(diǎn)是一種窄禁帶量子點(diǎn)，PbS敏化層的引入拓寬了光吸收范圍，并加速了光電子電子的傳輸。光電性能測(cè)試表明相比于CdSe/CdS共敏化電池，PbS量子點(diǎn)的引入提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率，并且得出P

5、bS量子點(diǎn)敏化層沉積兩次時(shí)性能最好，短路電流密度為19.37mA/cm2，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到為5.10%。
　　3)通過(guò)化學(xué)浴沉積的制備的金屬M(fèi)g離子不同摻雜量的CdSe量子點(diǎn)與CdS共敏化太陽(yáng)能電池。由于鎂離子的摻雜，調(diào)整了CdSe量子點(diǎn)的禁帶寬度，提高了導(dǎo)帶和價(jià)帶的高度，增加了光吸收范圍，提高了自然光的利用率，同時(shí)導(dǎo)帶的提高加速了光電子轉(zhuǎn)移和空穴的恢復(fù)，減少了電子與空穴的復(fù)合復(fù)合率。電池效率測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)Mg離子的摻雜可以有效的提