PbS量子點敏化TiO2薄膜的制備與表征.pdf

1、量子點敏化太陽能電池具有高消光系數(shù)、可調(diào)光譜響應范圍、理論轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，是目前太陽能電池的研究熱點之一。本文主要對連續(xù)離子層沉積法(SILAR)實驗參數(shù)對PbS沉積形貌和數(shù)量的影響進行了研究，重點研究了反應溫度對PbS敏化TiO2薄膜性能的影響。并在此基礎上，研究了PbS和CdS量子點共敏化TiO2薄膜的光學及光電轉(zhuǎn)換性能。主要研究結果如下:
　　(1)采用磁控濺射制備TiO2薄膜，用連續(xù)離子層沉積法在薄膜表面沉積PbS量子點

2、，利用掃描電子顯微鏡(SEM)和粒徑分析軟件研究了實驗參數(shù)對PbS量子點分布和大小的影響。研究結果表明，在SILAR法沉積PbS量子點的過程中，在每一個制備周期中，有量子點晶核生長和形成新的量子點兩個過程同時存在;Pb+離子濃度對量子點的密度有顯著影響，對量子點生長影響微弱;隨著反應溫度的升高，PbS量子點先減小后增大;在沉積過程中使用超聲輔助制備的量子點尺寸集中，主要粒徑為6-7nm。
　　(2)在研究實驗參數(shù)對PbS量子點分布

3、和大小的影響的基礎上，我們采用X射線衍射儀、紫外可見分光光度計、熒光光譜儀等研究了不同反應溫度制備的PbS敏化TiO2薄膜的結構、光學性能和光電轉(zhuǎn)換性能。研究結果表明，通過SILZR法在不同反應溫度下制備的PbS量子點顆粒均為方鉛礦相;PbS量子點的加入使TiO2薄膜的吸收邊明顯紅移，禁帶寬度由3.58eV減小到2.88eV;隨著反應溫度的升高，PbS敏化TiO2薄膜的光致發(fā)光強度均先增大后減小，在60℃條件下制備的薄膜發(fā)光強度大;Pb

4、S量子點負載量的增加大大提高了TiO2薄膜的光生電流強度，但是過多的PbS量子點會增加載流子的復合，阻礙電子的快速傳輸，所以在60℃條件下制備的Ti/TiO2/PbS薄膜具有最大光電流強度。此外，以甲基橙溶液作為模擬污染物，研究薄膜光催化活性，結果表明PbS量子點的增加有利于提高TiO2薄膜的光催化活性。
　　(3)采用低溫雙氧水氧化法制備了多孔TiO2薄膜，并用SILAR法制備了PbS和CdS量子點共敏化TiO2薄膜。以量子點敏

5、化的薄膜作為光陽極，Pt為對電極，多硫電解液為電解質(zhì)，組裝成量子點敏化太陽能電池(QDSSCs)，研究其光電轉(zhuǎn)換性能。研究結果表明，CdS量子點較PbS量子點敏化的TiO2薄膜光電轉(zhuǎn)換性能更好;量子點共敏化的TiO2薄膜光電轉(zhuǎn)換性能最好;在量子點共敏化的過程中，PbS、CdS和TiO2之間會發(fā)生能級重排，薄膜結構為TiO2/CdS/PbS時將形成階梯式能級結構，有利于載流子的快速傳輸，提高材料的光電轉(zhuǎn)換特性。此外，以甲基橙溶液作為模擬污