基于一維TiO_2量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的制備

【摘要】：量子點(diǎn)具有獨(dú)特的光電性能,不同尺寸和組成的量子點(diǎn)可吸收不同能量的光子產(chǎn)生多種波長(zhǎng)的光,在生物標(biāo)記、光電器件和太陽(yáng)能電池領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池的理論轉(zhuǎn)換效率可達(dá)44%,但目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論預(yù)測(cè)值。 本論文研究了量子點(diǎn)敏化納米晶太陽(yáng)能電池的制備工藝。合成了一維二氧化鈦結(jié)構(gòu),利用連續(xù)離子吸附反應(yīng)法直接沉積CdS/CdSe量子點(diǎn)到二氧化鈦光陽(yáng)極,優(yōu)化電解液和對(duì)電極組裝成完整電池,通過結(jié)構(gòu)和性能的改進(jìn),提高了電池的效率。本論文還嘗試了環(huán)境友好型納米晶FeS2的合成,其吸收譜帶與太陽(yáng)光譜重合率高,對(duì)制備的電池進(jìn)行了性能測(cè)試與特性表征。 本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論包括以下三個(gè)方面： (1)通過陽(yáng)極氧化金屬鈦片的方法,在恒定電位和室溫下,改變持續(xù)時(shí)間,獲得了不同形貌的銳鈦礦二氧化鈦納米管。利用水熱法一步合成了生長(zhǎng)在透明FTO玻璃上的銳鈦礦二氧化鈦納米線,是制備太陽(yáng)能電池的基礎(chǔ)。 (2)利用連續(xù)離子層吸附法,將CdS/CdSe量子點(diǎn)沉積到一維二氧化鈦結(jié)構(gòu)上。配置多硫電解液和對(duì)電極,組裝成三明治結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池。考察三種對(duì)電極對(duì)光電性能的影響,發(fā)現(xiàn)相比傳統(tǒng)的Pt電極,CoS/CuS電極工藝簡(jiǎn)單,成本低廉,性能優(yōu)異。通過比較太陽(yáng)光從光陽(yáng)極和對(duì)電極入射的結(jié)果,實(shí)現(xiàn)了光陽(yáng)極入射方式較優(yōu)的光電性能,其短路電流密度為6.40mA/cm2。 (3)采用燒瓶溶劑法和水熱法制備了粒徑分別為40-50nm和5-10nm的黃鐵礦FeS2納米晶,將其沉積在一維二氧化鈦上制備成敏化電池,得到短路電流密度和開路電壓分別為5.2μA/cm2和26mV。 【關(guān)鍵詞】：一維二氧化鈦 量子點(diǎn) FeS_2納米晶 敏化太陽(yáng)能電池
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-25
• 1.1 研究背景與課題來源10-11
• 1.2 半導(dǎo)體納米晶的基本概念11-12
• 1.3 敏化太陽(yáng)能電池的原理和結(jié)構(gòu)12-14
• 1.4 量子點(diǎn)在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用效應(yīng)14-17
• 1.4.1 禁帶寬度可調(diào)效應(yīng)15
• 1.4.2 沖擊離化效應(yīng)及俄歇復(fù)合效應(yīng)15-17
• 1.4.3 微帶效應(yīng)17
• 1.5 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的研究現(xiàn)狀17-23
• 1.5.1 量子點(diǎn)材料的選擇與匹配18-19
• 1.5.2 量子點(diǎn)的合成與敏化19-20
• 1.5.3 納米結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極20-22
• 1.5.4 電解質(zhì)22
• 1.5.5 對(duì)電極的研究22-23
• 1.6 研究?jī)?nèi)容和意義23-25
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法及表征手段25-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與實(shí)驗(yàn)設(shè)備25-26
• 2.2 電池材料及性能的表征26-32
• 2.2.1 納米顆粒的表征26-29
• 2.2.2 太陽(yáng)能電池性能的表征29-32
• 2.3 本章小結(jié)32-34
• 第3章 一維TiO_2光陽(yáng)極的制備34-51
• 3.1 前言34-36
• 3.2 有機(jī)電解質(zhì)制備TiO_2納米管36-43
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)過程36
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象36-37
• 3.2.3 二氧化鈦納米管陣列薄膜的表征與分析37-40
• 3.2.4 二氧化鈦納米管生成機(jī)理分析40-43
• 3.3 二氧化鈦納米管薄膜的脫落43-47
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)過程43-44
• 3.3.2 熱處理前的二氧化鈦納米管陣列薄膜44-47
• 3.4 水熱法制備TiO_2納米線47-50
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)過程47-48
• 3.4.2 二氧化鈦納米線的表征與分析48-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第4章 基于一維TiO_2量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的制備51-66
• 4.1 引言51-52
• 4.2 實(shí)驗(yàn)過程52-54
• 4.2.1 CdS/CdSe量子點(diǎn)的合成52-53
• 4.2.2 電解質(zhì)的配置53
• 4.2.3 Pt和CoS/CuS對(duì)電極的制備53
• 4.2.4 電池的封裝53-54
• 4.3 結(jié)果與討論54-65
• 4.3.1 不同對(duì)電極電池性能比較54-56
• 4.3.2 不同氧化時(shí)間二氧化鈦光陽(yáng)極量子點(diǎn)敏化電池性能研究56-61
• 4.3.4 基于透明FTO玻璃TiO_2納米線光陽(yáng)極的太陽(yáng)能電池61-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第5章 窄帶系量子點(diǎn)FeS_2敏化太陽(yáng)能電池研究66-73
• 5.1 前言66-67
• 5.2 燒瓶溶劑熱法制備FeS_2黃鐵礦納米晶67-69
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)過程67-68
• 5.2.2 FeS_2黃鐵礦納米晶的形貌分析68-69
• 5.3 水熱法制備FeS_2黃鐵礦納米晶69-71
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)過程69-70
• 5.3.2 水熱法制備FeS_2相結(jié)構(gòu)和形貌表征70-71
• 5.4 FeS_2敏化太陽(yáng)能電池的制備71-72
• 5.4.1 實(shí)驗(yàn)過程71-72
• 5.4.2 結(jié)果分析72
• 5.5 本章小結(jié)72-73
• 第6章 總結(jié)與展望73-75
• 6.1 總結(jié)73-74
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)74
• 6.3 展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-82
• 致謝82-83
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文與獎(jiǎng)勵(lì)83

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