一維納米材料的合成及其在量子點敏化太陽能電池中的應用

【摘要】：量子點具有獨特的量子效應,理論上有很強的光電轉換能力。量子點太陽能電池的理論效率可超過60%,遠遠超過傳統(tǒng)晶硅電池的32%的效率極限,量子點敏化太陽能電池在未來有廣闊的發(fā)展前景。量子點敏化太陽能電池(QDSCs)與染料敏化太陽能電池一樣是一個類似夾心三明治型的光伏器件,由納米晶半導體、量子點敏化劑、氧化還原電解質、以及對電極組成。 納米半導體薄膜是QDSCs重要的組成部分,研究較多的納米半導體薄膜是納米Ti02薄膜。近年來,納米ZnO以其優(yōu)良的良好的形貌可控性、電了傳輸特性等優(yōu)點越越來越被研究者重視。本文主要從光陽極中納米半導體薄膜入手,合成納米半導體材料及其材料的應用。 1、采用溶膠-凝膠法制備出了不同SiO2-TiO2復合納米材料,利用XRD、 UV-Vis、FT-IR對復合材料進行表征。 2、利用磁控濺射技術,制備了表面均勻、致密的氧化鋅薄膜,利用SEM、 XRD對樣品進行表征,探究了濺射功率、高溫燒結對種子層的晶粒尺寸、結晶性等的影響。 3、利用水熱法制備氧化鋅納米棒,探究了溶膠凝膠法、磁控濺射法制備的種子層對水熱合成氧化鋅納米棒的表面形貌、直徑、長度、長寬比的影響；同時對磁控濺射靶材在制備氧化鋅種子層的作用也做了初步研究。 4、以氧化鋅納米棒為光陽極材料,CdSe量子點為量子點敏化劑,多硫電解質為電解質,鉑薄膜為對電極組裝QDSCs.150W的濺射功率制備的氧化鋅種子經(jīng)過500℃燒結后晶體尺寸變大,以此為種子層制備的氧化鋅納米棒的長度約為2.49μm,平均直徑170nm,密度約為10μm-2,長寬比為9.5?；诖藶楣怅枠O材料的CdSe敏化的電池(CdSe-QD)短路電流密度3.90A/cm2,開路電壓為0.30V,光電轉化效率達到0.42%。 【關鍵詞】：二氧化鋅 CdSe量子點 磁控濺射 溶膠凝膠 量子點敏化太陽能電池
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4;TB383.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 綜述9-24
• 1.1 引言9-10
• 1.2 太陽能電池的發(fā)展歷史10
• 1.3 太陽能電池的分類10-12
• 1.3.1 硅晶太陽能電池11
• 1.3.2 無機鹽多元化合物半導體太陽能電池11-12
• 1.3.3 聚合物太陽能電池12
• 1.3.4 敏化納米材料太陽能電池12
• 1.4 量子點太陽能電池的物理機理12-16
• 1.4.1 量子點的性質12-13
• 1.4.2 量子點太陽能電池的物理機理13-16
• 1.5 量子點太陽能電池的結構16-21
• 1.5.1 納米半導體材料16-18
• 1.5.2 量子點敏化劑18-20
• 1.5.3 電解質20-21
• 1.5.4 對電極21
• 1.6 量子點敏化太陽能電池的工作過程21-23
• 1.6.1 電池的工作過程21-22
• 1.6.2 電池中的復合反應22-23
• 1.7 本論文研究內(nèi)容和意義23-24
• 第二章 實驗設計與測試表征24-37
• 2.1 實驗藥品24-25
• 2.2 實驗設備25
• 2.3 實驗設計與步驟25-32
• 2.3.1 導電基底FTO玻璃的清洗25-26
• 2.3.2 氧化鋅薄膜層的沉積26-29
• 2.3.3 ZnO納米棒的制備29
• 2.3.4 CdSe量子點的制備29-31
• 2.3.5 多硫電解液的配置31
• 2.3.6 對電極31
• 2.3.7 量子點電池的封裝31-32
• 2.4 樣品的測試與表征32-37
• 2.4.1 X射線衍射儀32-33
• 2.4.2 場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)33-34
• 2.4.3 場發(fā)射透射電子顯微鏡(FETEM)34-35
• 2.4.4 電池光電性質測量35-37
• 第三章 光陽極納米材料的制備37-53
• 3.1 ZnO種子層薄膜的制備37-42
• 3.1.1 ZnO種子層結晶性比較37-39
• 3.1.2 種子層形貌表征與分析39-41
• 3.1.3 磁控濺射旋轉對種子層的電學性質影響41-42
• 3.2 ZnO納米棒陣列的制備42-49
• 3.2.1 二步法制備ZnO納米棒陣列42
• 3.2.2 基底的放置方向的影響42-43
• 3.2.3 濺射功率對納米棒的影響43-46
• 3.2.4 不同制備方法制備的種子層對納米棒的影響46-49
• 3.4 TiO_2-SiO_2復合納米材料的制備49-52
• 3.4.1 材料的制備49-50
• 3.4.2 TiO_2-SiO_2復合納米材料的表征50-52
• 3.5 小結52-53
• 第四章 CdS量子點敏化太陽能電池的組裝以及電池光電性能研究53-58
• 4.1 CdSe量子點敏化太陽電池(QDSCs)的組裝53-54
• 4.1.1 氧化鋅納米棒陣列電極的制備53
• 4.1.2 量子點敏化光陽極的制備53-54
• 4.1.3 多硫電解質的配置54
• 4.1.4 Pt對電極的印刷54
• 4.1.5 電池的封裝54
• 4.2 電池光電性能表征54-57
• 4.2.1 電池電學性質的表征(I-V)54-56
• 4.2.2 電池的光學性質56-57
• 4.3 本章小結57-58
• 參考文獻58-62
• 在學期間的研究成果62-63
• 致謝63

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