量子點敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)調(diào)控與性能優(yōu)化.pdf

1、將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能對解決能源危機(jī)和環(huán)境問題具有十分重大的意義。
　　由于兼具高的理論能量轉(zhuǎn)換效率和低的生產(chǎn)成本,作為第三代太陽能電池,量子點敏化太陽能電池已受到太陽能業(yè)界的廣泛關(guān)注。然而,迄今為止,量子點敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率與傳統(tǒng)太陽能電池的相比仍然相差較遠(yuǎn)。
　　本文從電池的結(jié)構(gòu)和原理出發(fā),考慮量子點敏化電極的制備方法、量子點的能級調(diào)控,光陽極的材料性能,對電極的材料性能及電池的制備工藝對太陽能電池性能的影響,

2、設(shè)計了共沉積法制備的CdPbS量子點敏化電極,能帶可調(diào)的CdSexS(1-x)量子點敏化電極,并將氮摻雜微孔二氧化鈦納米球用做光陽極材料,將無機(jī)有機(jī)復(fù)合物TiO2-聚3,4-乙撐二氧噻吩用做對電極材料制備了量子點敏化太陽能電池,并對電池的性能進(jìn)行了研究。
　　首先,通過共沉積敏化制備了CdPbS/TiO2量子點敏化電極,我們考察了Pb/Cd的比例,電解質(zhì)的組成,沉積敏化的次數(shù),TiO2的厚度對太陽能電池的光電性能的影響,并確定了電

3、池制備的優(yōu)化條件,同時與PbS和CdS單一敏化和PbS/CdS依次共敏化的電池進(jìn)行了比較,該共沉積敏化的電池性能由于控制了Pb/Cd的比例,提高了光吸收而得到了明顯的提升。
　　其次,通過連續(xù)離子層吸附與反應(yīng)技術(shù)(SILAR)制備了能帶可調(diào)的CdSexS(1-x)量子點敏化電極,結(jié)果表明,CdSexS(1-x)量子點的能帶和光吸收可以通過Se/S的比例調(diào)節(jié),與常規(guī)的CdS/CdSe敏化體系相比,該電極的光吸收譜和入射單色光子-電子

4、轉(zhuǎn)化效率譜顯示了更強(qiáng)的光捕獲能力和更寬的光響應(yīng)范圍,因此,在AM1.5,100mW·cm-2的光照條件下,CdSexS(1-x)量子點敏化太陽能電池取得了2.27％的效率,在該電極外層進(jìn)一步吸附CdSe量子點后,由于增強(qiáng)了光吸收及降低了電荷復(fù)合,該CdSexS(1-x)/CdSe量子點敏化太陽能電池獲得了3.17％的效率,該能帶通過原子比例可調(diào)的量子點可用于高效的量子點敏化太陽能電池中。
　　再次,考察了基于水熱法制備的氮摻雜微孔

5、二氧化鈦納米球的量子點敏化太陽能電池的性能,結(jié)果表明,基于該氮摻雜微孔二氧化鈦納米球的CdSexS(1-x)/CdSe量子點敏化太陽能電池的效率為3.67％,高于無氮摻雜微孔二氧化鈦納米球電池的效率(2.14％)。電化學(xué)阻抗譜表明氮摻雜二氧化鈦納米球電極的電荷復(fù)合得到抑制。量子點敏化太陽能電池性能的提升可歸因于氮摻雜引起的減小的電荷復(fù)合,加快的電子傳輸速率,更高的量子點的吸附量和增強(qiáng)的光散射等多方面因素。該氮摻雜微孔二氧化鈦納米球可用于

6、高效的量子點敏化太陽能電池中。
　　最后,制備了TiO2-聚3,4-乙撐二氧噻吩無機(jī)有機(jī)復(fù)合多孔膜并用做CdS量子點敏化太陽能電池的對陽極,電池的效率(1.56％)比用Pt電極(0.87％),純聚3,4-乙撐二氧噻吩電極(1.35％)的要高。同時,該電極由于TiO2的存在增強(qiáng)了在導(dǎo)電基底的支撐性能,該復(fù)合多孔膜不容易脫落。由于聚合出更均勻,孔徑合適的聚噻吩,其電荷傳輸電阻變小,比表面增大而催化性能得到了提高,說明該材料適合做量子點