薄膜太陽(yáng)能電池中CdS/CdSe量子點(diǎn)敏化劑的摻雜研究

【摘要】：量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池（QDSCs）是染料敏化太陽(yáng)能電池（DSCs）的重要發(fā)展方向。由于量子點(diǎn)具有帶隙可調(diào)、制備簡(jiǎn)單、消光系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，特別是可以產(chǎn)生多激子效應(yīng)，使得量子點(diǎn)電池的理論效率高達(dá)44%，近年來(lái)受到人們的廣泛關(guān)注。但是，QDSCs電池光電轉(zhuǎn)換效率目前還遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)DSCs電池。從QDSCs的工作機(jī)理可以看出，量子點(diǎn)中電子與空穴能否有效分離是影響其光電轉(zhuǎn)換效率的最主要原因。 本論文圍繞如何優(yōu)化量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池內(nèi)部的電荷傳輸路徑，基于CdS/CdSe共敏化體系，設(shè)計(jì)了薄膜太陽(yáng)能電池中量子點(diǎn)敏化劑的摻雜實(shí)驗(yàn)，主要包括以下三個(gè)方面： （1）采用SILAR方法制備CdS/CdSe量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池。當(dāng)CdS沉積次數(shù)為8，CdSe沉積次數(shù)為4時(shí)，電池的電流密度達(dá)到8.86mA/cm2，開路電壓達(dá)到0.48V，填充因子為0.34，電池的效率達(dá)到1.43%。在量子點(diǎn)的表面沉積ZnS鈍化層后，電池的電流密度顯著增加，達(dá)到10.59mA/cm2，電壓維持不變，但填充因子下降很多，導(dǎo)致整體的電池效率只有1.30%。 （2）基于CdS/CdSe共敏化的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了單獨(dú)對(duì)CdS或CdSe摻雜金屬陽(yáng)離子的實(shí)驗(yàn)，制備了Mn摻雜CdS/CdSe、La摻雜CdS/CdSe、CdS/Mg摻雜CdSe、CdS/Co摻雜CdSe量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池。其中，采用SILAR方法，對(duì)CdS進(jìn)行La摻雜、對(duì)CdSe進(jìn)行Mg摻雜和Co摻雜，并分別做成La摻雜CdS/CdSe、CdS/Mg摻雜CdSe、CdS/Co摻雜CdSe量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池，之前在文獻(xiàn)中未出現(xiàn)這種報(bào)道。對(duì)量子點(diǎn)敏化劑摻雜后，電池的短路電流和開路電壓均得到提高，尤其是電流密度增加顯著。通過一系列表征測(cè)試得出，對(duì)CdS或CdSe摻雜金屬陽(yáng)離子后，量子點(diǎn)的導(dǎo)帶提高了，有利于電池內(nèi)部電荷的傳輸，減少了電子空穴的復(fù)合，提高光陽(yáng)極對(duì)光的捕捉能力，從而提高光電流，進(jìn)一步提升光電轉(zhuǎn)換效率。 （3）基于單獨(dú)對(duì)一種量子點(diǎn)敏化劑（CdS或CdSe）摻雜的設(shè)計(jì)思路，本論文又首次進(jìn)行了同時(shí)對(duì)兩種量子點(diǎn)敏化劑摻雜（Mn摻雜CdS和Co摻雜CdSe）的實(shí)驗(yàn)研究。發(fā)現(xiàn)同時(shí)對(duì)CdS進(jìn)行Mn摻雜、對(duì)CdSe進(jìn)行Co摻雜后，光陽(yáng)極的光吸收范圍、強(qiáng)度均比單獨(dú)進(jìn)行Mn摻雜CdS或Co摻雜CdSe以及未摻雜光陽(yáng)極的效果好。對(duì)應(yīng)電池的IPCE、以及電池效率也更高。說明同時(shí)進(jìn)行Mn摻雜CdS、Co摻雜CdSe后，電池內(nèi)部的電荷傳輸更加高效，電子空穴的復(fù)合進(jìn)一步減小，最終提高了電池的性能。 【關(guān)鍵詞】：量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池 硫化鎘 硒化鎘 量子點(diǎn)摻雜
【學(xué)位授予單位】：北京信息科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 符號(hào)說明7-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池（DSCs）簡(jiǎn)介12-13
• 1.3 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池（QDSCs）簡(jiǎn)介13-18
• 1.3.1 半導(dǎo)體量子點(diǎn)的特性13-14
• 1.3.2 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的量子點(diǎn)種類14-16
• 1.3.3 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理16-17
• 1.3.4 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池現(xiàn)階段的問題17-18
• 1.4 摻雜量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池18-21
• 1.4.1 摻雜量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的發(fā)展現(xiàn)狀18-20
• 1.4.2 摻雜量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的意義和問題20-21
• 1.5 本論文的設(shè)計(jì)思想和主要研究?jī)?nèi)容21-23
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法23-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品23-24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器24-25
• 2.3 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)流程25-26
• 2.4 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極材料的表征26-29
• 2.4.1 掃描電子顯微鏡27
• 2.4.2 X 射線能量分散譜儀27
• 2.4.3 透射電子顯微鏡27-28
• 2.4.4 X 射線衍射儀28
• 2.4.5 紫外可見吸收光譜儀28
• 2.4.6 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀28-29
• 2.5 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的性能測(cè)試29-33
• 2.5.1 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池電流-電壓性能測(cè)試29-30
• 2.5.2 入射單色光子-電子轉(zhuǎn)化效率30-31
• 2.5.3 電化學(xué)交流阻抗測(cè)試31-33
• 2.6 本章小結(jié)33-34
• 第3章 CdS/CdSe 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的性能研究34-48
• 3.1 引言34-35
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分35
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論35-47
• 3.3.1 不同 CdSe 沉積次數(shù)對(duì) CdS/CdSe 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池性能的影響35-43
• 3.3.2 CdS/CdSe 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的材料表征43-44
• 3.3.3 CdS/CdSe 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的性能分析44-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 CdS 或 CdSe 摻雜對(duì) CdS/CdSe 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池性能影響的研究48-89
• 4.1 引言48-49
• 4.2 Mn 摻雜 CdS /CdSe 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的性能研究49-58
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)部分49-50
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論50-58
• 4.3 La 摻雜 CdS /CdSe 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的性能研究58-68
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)部分59
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論59-68
• 4.4 CdS/Co 摻雜 CdSe 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的性能研究68-78
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)部分69-70
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論70-78
• 4.5 CdS/Mg 摻雜 CdSe 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的性能研究78-87
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)部分79
• 4.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論79-87
• 4.6 本章小結(jié)87-89
• 第5章 CdS 和 CdSe 同時(shí)摻雜對(duì) CdS/CdSe 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的性能研究89-96
• 5.1 引言89
• 5.2 Mn 摻雜 CdS、Co 摻雜 CdSe 對(duì) CdS/CdSe QDSCs 性能的影響89-95
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)部分89
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論89-95
• 5.3 本章小結(jié)95-96
• 第6章 結(jié)論與展望96-99
• 6.1 結(jié)論96-97
• 6.2 存在的問題及下一步工作方向97-99
• 參考文獻(xiàn)99-104
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果104-105
• 致謝105

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