量子點(diǎn)敏化太陽能電池的制備及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化

【摘要】：將納米技術(shù)引入光伏領(lǐng)域的第三代太陽能電池具有更高的理論轉(zhuǎn)化效率，并且能夠廉價大規(guī)模生產(chǎn)，從而具有了比傳統(tǒng)光伏器件更好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。其中，量子點(diǎn)敏化太陽能電池利用了量子點(diǎn)材料的量子限域效應(yīng)和多重激發(fā)等優(yōu)異的光電性能而展現(xiàn)出巨大潛力。然而，此類電池的實(shí)際轉(zhuǎn)化效率只有5%左右，離實(shí)際應(yīng)用有著相當(dāng)大的距離。另外，電池各組件包括光陽極、電解液和對電極并沒有得到系統(tǒng)的優(yōu)化，內(nèi)部機(jī)理的研究尚在起步階段。因此從電池機(jī)理到器件的研究具有非常重要的意義。 本研究從量子點(diǎn)敏化太陽能電池機(jī)理入手，尋找制約光電性能的關(guān)鍵問題，然后通過對光陽極、量子點(diǎn)和對電極進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率和長期的穩(wěn)定性。 首先，制備了CdS量子點(diǎn)敏化的TiO2納米棒太陽能電池，并研究了其光電性能；通過對此結(jié)果的分析，進(jìn)一步討論了制約電池性能的主要因素，研究了制備條件對量子點(diǎn)形貌及其光電性能的影響；然后通過測試電池的電子傳輸時間與壽命，深入研究了沉積過程對電子注入與復(fù)合過程的影響；繼而分析了ZnS處理對電子復(fù)合的抑制作用。 其次，通過兩步光沉積法將Ag2S量子點(diǎn)敏化到TiO2納米棒的表面；研究了沉積過程對Ag2S量子點(diǎn)的影響，然后組裝電池，并測試光電性能，從而找到了光沉積最佳條件。光電測試結(jié)果表明，Ag2S量子點(diǎn)敏化太陽能電池具有優(yōu)異的性能，在100mW/cm2光照下達(dá)到了10.25mA/cm2的Jsc以及0.98%的光電轉(zhuǎn)化效率。 最后，通過電沉積法制備了石墨烯對電極，通過連續(xù)離子層吸附反應(yīng)法制備CoS電極，并結(jié)合兩種方法循環(huán)沉積CoS/GS納米結(jié)構(gòu)對電極。結(jié)果表明，CoS/GS電極中石墨烯的插入能夠有效地控制CoS納米顆粒的尺寸，從而表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化性能。同時，電極的電化學(xué)結(jié)果表明，石墨烯能夠?qū)㈦娮友杆俎D(zhuǎn)移到負(fù)載于其上的CoS納米顆粒，從而實(shí)現(xiàn)對電解液的高效催化。通過這種方法制備的CoS/GS納米結(jié)構(gòu)對電極為開發(fā)高效催化性能的對電極提供了有益的思路。 【關(guān)鍵詞】：量子點(diǎn)敏化太陽能電池 TiO2納米棒 Ag2S量子點(diǎn) 石墨烯 CoS/石墨烯
【學(xué)位授予單位】：常州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-24
• 1.1 研究背景9
• 1.2 量子點(diǎn)敏化太陽能電池概述9-12
• 1.2.1 量子點(diǎn)敏化太陽能電池的歷史發(fā)展9-10
• 1.2.2 量子點(diǎn)敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)10-11
• 1.2.3 量子點(diǎn)敏化太陽能電池的工作原理11-12
• 1.3 量子點(diǎn)敏化太陽能電池的組裝與測試12-15
• 1.3.1 量子點(diǎn)敏化太陽能電池的組裝12-13
• 1.3.2 量子點(diǎn)敏化太陽能電池的測試13-15
• 1.4 量子點(diǎn)敏化太陽能電池材料及研究進(jìn)展15-22
• 1.4.1 量子點(diǎn)16-19
• 1.4.2 納米氧化物半導(dǎo)體19-20
• 1.4.3 電解液20-22
• 1.4.4 對電極22
• 1.5 選題意義及研究內(nèi)容22-24
• 1.5.1 選題意義及研究目標(biāo)22-23
• 1.5.2 本課題的研究內(nèi)容23-24
• 2 CdS 量子點(diǎn)敏化 TiO_2納米棒太陽能電池制備及電子傳輸與復(fù)合機(jī)理研究24-42
• 2.1 引言24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分24-27
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與實(shí)驗(yàn)儀器24-25
• 2.2.2 TiO_2納米棒陣列的生長25-26
• 2.2.3 沉積 CdS 量子點(diǎn)26
• 2.2.4 ZnS 表面修飾 CdS 量子點(diǎn)26
• 2.2.5 量子點(diǎn)敏化太陽能電池的制備26-27
• 2.3 表征與性能測試27
• 2.4 結(jié)果與討論27-40
• 2.4.1 TiO_2納米棒陣列的形貌27-28
• 2.4.2 CdS 量子點(diǎn)敏化 TiO_2納米棒形貌28-29
• 2.4.3 電池的光電特性29-32
• 2.4.4 量子點(diǎn)沉積過程對電子注入以及復(fù)合機(jī)理的影響32-38
• 2.4.5 ZnS 修飾對量子點(diǎn)上電子復(fù)合的抑制38-40
• 2.5 本章小結(jié)40-42
• 3 光沉積 Ag_2S 量子點(diǎn)及其在量子點(diǎn)敏化太陽能電池中的應(yīng)用42-52
• 3.1 引言42-43
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分43-44
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與實(shí)驗(yàn)儀器43-44
• 3.2.2 TiO_2納米棒陣列的制備44
• 3.2.3 光沉積 Ag_2S 量子點(diǎn)44
• 3.2.4 量子點(diǎn)敏化太陽能電池的制備44
• 3.3 表征與性能測試44
• 3.4 結(jié)果與討論44-51
• 3.4.1 TiO_2納米棒陣列的形貌44-45
• 3.4.2 光沉積 Ag_2S 量子點(diǎn)45-47
• 3.4.3 光學(xué)與光電化學(xué)性能47-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 4 CoS/石墨烯納米復(fù)合結(jié)構(gòu)作為量子點(diǎn)敏化太陽能電池對電極材料研究52-65
• 4.1 前言52-53
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分53-56
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與實(shí)驗(yàn)儀器53-54
• 4.2.2 石墨烯的制備54
• 4.2.3 電沉積石墨烯54-55
• 4.2.4 CoS 電極的制備55
• 4.2.5 CoS/石墨烯納米結(jié)構(gòu)的制備55-56
• 4.2.6 光陽極的制備56
• 4.3 表征與性能測試56
• 4.4 結(jié)果與討論56-64
• 4.4.1 電化學(xué)沉積制備石墨烯電極56-64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 5 總結(jié)與展望65-68
• 5.1 總結(jié)65-66
• 5.2 展望66-68
• 參考文獻(xiàn)68-74
• 攻讀學(xué)位期間研究成果74-76
• 致謝76

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