基于SnO2光陽(yáng)極的CdS量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池研究.pdf

1、太陽(yáng)能是一種綠色清潔來(lái)源廣泛的能源,不僅可以解決全球的能源危機(jī),而且對(duì)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn)略意義。太陽(yáng)能電池是利用太陽(yáng)能的一種有效的途徑。量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池(QDSSC)是染料化太陽(yáng)能電池的延伸,相比染料敏化太陽(yáng)能電池具有很多優(yōu)勢(shì),在理論上轉(zhuǎn)化效率高,性能穩(wěn)定,生產(chǎn)成本低,因此具有潛在的研究?jī)r(jià)值。
　　半導(dǎo)體氧化物在量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池中起著至關(guān)重要的作用。相對(duì)于TiO2氧化物半導(dǎo)體,SnO2具有更快的電子傳輸能力。

2、此外,SnO2的帶隙寬度比TiO2的大,因此可以減小電子在光陽(yáng)極氧化物中的復(fù)合幾率。延長(zhǎng)QDSSC的使壽命。考慮到硫化鎘(CdS)與二氧化錫(SnO2)的能級(jí)匹配因素,本論文采用 CdS作為量子點(diǎn)敏化劑與介孔 SnO2作為太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極組裝成 QDSSC,研究不同形貌SnO2的合成、Mn離子摻雜CdS敏化SnO2光陽(yáng)極的制備及其光電性能。主要研究?jī)?nèi)容及研究結(jié)果如下:
　　(1)以硫酸亞錫作為錫源,在常溫下合成了 SnO2粉末,

3、高倍率掃描電鏡圖(SEM)顯示其形貌為介孔微球,尺寸在100~500 nm之間。用TiCl4水溶液對(duì)SnO2薄膜進(jìn)行處理,從SEM圖可看出介孔球表面生成了一薄層TiO2納米顆粒。由于較大尺寸的SnO2介孔微球可以增強(qiáng)薄膜的光散射性能,其次,緊密堆砌的TiO2納晶顆粒使SnO2介孔微球中的電子傳輸速度更快,從而有效抑制了電子在光陽(yáng)極內(nèi)部復(fù)合。同時(shí),TiO2納米顆粒增大了SnO2的比表面積從而提高了量子點(diǎn)附著量,能吸收更多太陽(yáng)光子。由 Ti

4、Cl4溶液處理后的 SnO2介孔微球組裝的QDSSC的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到2.03％,比純SnO2介孔微球構(gòu)成的QDSSC光電轉(zhuǎn)換效率提高了62.4%。
　　(2)采用離子交換法對(duì)CdS量子點(diǎn)摻雜過(guò)渡金屬離子Mn2+,可以有效地提高QDSSC的光電性能。通過(guò)改變Mn2+的濃度,找出最優(yōu)電池效率的Mn2+摻雜濃度為4 wt%。光電轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到2.46%。原因是由于Mn2+的摻雜增加了紫外可見(jiàn)吸收光譜的吸收波段范圍,增強(qiáng)了吸收強(qiáng)度;此

5、外還降低了電池的阻抗,增加電子擴(kuò)散能力。Mn2+摻雜后,QDSSC的轉(zhuǎn)換效率可以從原來(lái)的1.83%上升到2.80%,提高了53%。
　　(3)以氯化亞錫為反應(yīng)前驅(qū)物,利用水熱法合成納米多孔SnO2粉體,通過(guò)控制水熱時(shí)間,得到不同大小的SnO2納米顆粒。將其作為光陽(yáng)極,利用離子交換法制備 CdS量子點(diǎn),組裝成 QDSSC。探討在不同水熱時(shí)間下制備的納米多孔SnO2粉體對(duì)CdS量子點(diǎn)敏化電池光電性能的影響。利用SEM、XRD、TEM分

6、別對(duì)納米多孔SnO2粉體的形貌和尺寸、結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。研究了不同水熱時(shí)間形成的納米多孔SnO2粉體作為光陽(yáng)極對(duì)CdS量子點(diǎn)敏化QDSSC光電性能、單色光光電轉(zhuǎn)換效率、EIS、UV-vis等的影響規(guī)律。結(jié)果表明:水熱時(shí)間對(duì) QDSSC的效率有明顯作用,當(dāng)水熱時(shí)間為24小時(shí)制備的 SnO2粉體作為光陽(yáng)極,組裝的QDSSC的光電轉(zhuǎn)換效率最高,約為2.46%。
　　(4)以氯化亞錫為前驅(qū)體,添加檸檬酸三鈉作為添加劑,采用水熱法合成了片層花狀