基于TiO_2納米棒的量子點(diǎn)敏化太陽能電池及其光伏特性研究

【摘要】：作為第三代光伏電池種類之一的量子點(diǎn)敏化的太陽能電池(QDSSCs)近年來成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。本論文采用簡單的水熱法在透明的FTO導(dǎo)電玻璃上合成了雙層結(jié)構(gòu)的TiO_2花–棒薄膜及一維的TiO_2納米棒陣列薄膜。采用連續(xù)離子層吸附與反應(yīng)(SILAR)的方法將不同的量子點(diǎn)敏化劑修飾到TiO_2薄膜制成QDSSCs。研究了這些QDSSCs的光伏性能。本論文的研究工作主要從以下四個(gè)方面進(jìn)行了展開:(1)制備了Mn-doped Cd S量子點(diǎn)敏化的TiO_2花–棒太陽能電池,并研究了電池的光伏性能。結(jié)果表明,Mn2+摻雜的Cd S量子點(diǎn)和TiO_2花–棒結(jié)構(gòu)基底對(duì)電池的光伏性能有提高作用。(2)將TiO_2花–棒作為光陽極基底材料應(yīng)用在Cd Se/Cd S共敏化的太陽能電池中。Cd Se/Cd S共敏化體系的形成較大程度的提高了太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率。另外,TiO_2花–棒結(jié)構(gòu)對(duì)太陽能電池光伏性能的提升也有積極的作用。(3)運(yùn)用水熱法在透明的FTO導(dǎo)電玻璃上合成了一維的TiO_2納米棒陣列,并作為光陽極基底應(yīng)用于Cd Se/Mn-doped Cd S量子點(diǎn)敏化的太陽能電池。研究不同SILAR循環(huán)次數(shù)對(duì)QDSSCs光伏特性的影響,得出Mn-doped Cd S(10)與Cd Se(9)是最佳組合,對(duì)電池光伏性能的提高有很大作用。(4)運(yùn)用兩步水熱過程在透明的FTO導(dǎo)電玻璃上合成了具有高縱橫比的單晶一維TiO_2納米棒陣列,并將其作為基底應(yīng)用于Cd Se/Cd S/Pb S敏化的太陽能電池中。內(nèi)表面積增大的TiO_2納米棒一維有序結(jié)構(gòu)增加了量子點(diǎn)的吸附量,有利于電池吸光能力的擴(kuò)大。此外,Pb S作為底層引入到Cd Se/Cd S/TiO_2體系可以拓展對(duì)太陽光的吸收范圍,使電池的功率轉(zhuǎn)換效率得到較大的提高。 【關(guān)鍵詞】：水熱合成 二氧化鈦 量子點(diǎn) 太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ134.11;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-38
• 1.1 太陽能電池9-10
• 1.1.1 太陽能電池研究的發(fā)展史9-10
• 1.1.2 三代太陽能電池的發(fā)展10
• 1.2 量子點(diǎn)敏化的太陽能電池（QDSSCs）10-28
• 1.2.1 量子點(diǎn)敏化的太陽能電池（QDSSCs）的工作原理11-13
• 1.2.2 量子點(diǎn)敏化的太陽能電池（QDSSCs）的性能參數(shù)13-15
• 1.2.3 量子點(diǎn)敏化的太陽能電池（QDSSCs）的組成部分15-28
• 1.3 提高量子點(diǎn)敏化的太陽能電池（QDSSCs）光伏特性的方法28-35
• 1.3.1 優(yōu)化光陽極基底TiO_228-29
• 1.3.2 優(yōu)化量子點(diǎn)（QDs）敏化劑29-32
• 1.3.3 對(duì)TiO_2–量子點(diǎn)–電解液界面進(jìn)行修飾32-34
• 1.3.4 改變電池受光方向34-35
• 1.4 本論文的研究意義及研究內(nèi)容35-38
• 1.4.1 本論文的研究意義35-36
• 1.4.2 本論文的研究內(nèi)容36-38
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分38-44
• 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器38
• 2.2 表征手段38-40
• 2.2.1 結(jié)晶相分析38
• 2.2.2 比表面積和孔結(jié)構(gòu)分析38-39
• 2.2.3 表面形貌分析39
• 2.2.4 微觀形貌分析39
• 2.2.5 元素分析39
• 2.2.6 紫外-可見吸收分析39-40
• 2.2.7 光伏特性分析40
• 2.3 量子點(diǎn)敏化的太陽能電池的制備40-44
• 2.3.1 FTO導(dǎo)電玻璃的清洗40
• 2.3.2 TiO_2花–棒薄膜的制備40-41
• 2.3.3 TiO_2納米棒陣列薄膜的制備41-42
• 2.3.4 量子點(diǎn)在TiO_2光陽極上的吸附42
• 2.3.5 電解液的制備42
• 2.3.6 對(duì)電極的制備42-43
• 2.3.7 量子點(diǎn)敏化的太陽能電池的組裝43-44
• 第三章 Mn-dopedCdS/TiO_2花–棒太陽能電池的制備及其光伏特性的研究44-62
• 3.1 前言44-45
• 3.2 Mn-dopedCdS/TiO_2花–棒太陽能電池的制備45-48
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料45
• 3.2.2 TiO_2花–棒光陽極基底的制備45-47
• 3.2.3 SILAR方法敏化Mn-dopedCdS量子點(diǎn)47
• 3.2.4 太陽能電池的組裝47-48
• 3.3 結(jié)果與討論48-61
• 3.3.1 TiO_2花–棒與TiO_2納米棒的形貌與結(jié)構(gòu)分析48-51
• 3.3.2 表征Mn-dopedCdS/TiO_2花–棒結(jié)構(gòu)51-53
• 3.3.3 量子點(diǎn)敏化TiO_2花–棒電極的光學(xué)性質(zhì)53-55
• 3.3.4 光伏特性測試55-61
• 3.4 本章小結(jié)61-62
• 第四章 CdSe/CdS/TiO_2花–棒太陽能電池的制備及其光伏特性的研究62-86
• 4.1 前言62-63
• 4.2 CdSe/CdS/TiO_2花–棒太陽能電池的制備63-66
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料63-64
• 4.2.2 雙層結(jié)構(gòu)的TiO_2花–棒基底的制備64-65
• 4.2.3 SILAR方法敏化CdS與CdSe量子點(diǎn)65-66
• 4.2.4 太陽能電池的組裝66
• 4.3 結(jié)果與討論66-85
• 4.3.1 制備雙層結(jié)構(gòu)的TiO_2花–棒薄膜66-72
• 4.3.2 表征CdSe/CdS/TiO_2花–棒結(jié)構(gòu)72-75
• 4.3.3 量子點(diǎn)敏化TiO_2花–棒電極的光學(xué)性質(zhì)75-77
• 4.3.4 光伏特性測試77-85
• 4.4 本章小結(jié)85-86
• 第五章 CdSe/Mn-CdS/TiO_2納米棒陣列太陽能電池的制備及其光伏特性的研究86-103
• 5.1 前言86-87
• 5.2 CdSe/Mn-CdS/TiO_2納米棒太陽能電池的制備87-89
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)材料87-88
• 5.2.2 TiO_2納米棒陣列的制備88
• 5.2.3 SILAR方法敏化Mn-dopedCdS和CdSe量子點(diǎn)88-89
• 5.2.4 太陽能電池的組裝89
• 5.3 結(jié)果與討論89-102
• 5.3.1 一維TiO_2納米棒陣列的形貌與結(jié)構(gòu)分析89-93
• 5.3.2 表征CdSe/Mn-CdS/TiO_2納米棒陣列93-95
• 5.3.3 量子點(diǎn)敏化TiO_2納米棒電極的光學(xué)性質(zhì)95-96
• 5.3.4 光伏特性測試96-102
• 5.4 本章小結(jié)102-103
• 第六章 CdSe/CdS/Pb S/TiO_2納米棒陣列太陽能電池的制備及其光伏特性的研究103-119
• 6.1 前言103-104
• 6.2 CdSe/CdS/Pb S/TiO_2納米棒太陽能電池的制備104-106
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)材料104-105
• 6.2.2 TiO_2納米棒陣列的制備105
• 6.2.3 敏化CdSe/CdS/Pb S到TiO_2納米棒陣列電極105-106
• 6.2.4 太陽能電池的組裝106
• 6.3 結(jié)果與討論106-118
• 6.3.1 表征TiO_2納米棒陣列106-109
• 6.3.2 表征CdSe/CdS/Pb S/TiO_2納米棒陣列109-112
• 6.3.3 量子點(diǎn)敏化TiO_2納米棒電極的光學(xué)性質(zhì)112-114
• 6.3.4 光伏特性測試114-118
• 6.4 本章小結(jié)118-119
• 第七章 總結(jié)119-121
• 參考文獻(xiàn)121-142
• 發(fā)表論文情況142-143
• 致謝143-144

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