CdS/CdSe納米晶敏化ZnO多孔納米片陣列太陽能電池：制備及其光電轉(zhuǎn)換性能研究

【摘要】：半導(dǎo)體量子點(diǎn)納米晶由于量子尺寸效應(yīng)、量子限域效應(yīng)、碰撞離子化效應(yīng)、迷你能帶效應(yīng)等一系列低維量子特性而具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)性能。在敏化電池領(lǐng)域,與傳統(tǒng)的有機(jī)染料敏化劑相比,半導(dǎo)體量子點(diǎn)納米晶具有光量子產(chǎn)率高、能帶可調(diào)、熱載流子壽命長以及熱穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)勢。這使得以半導(dǎo)體量子點(diǎn)作為光敏化劑的量子點(diǎn)敏化電池有望突破單一能隙的吸收材料太陽能電池的理論轉(zhuǎn)化極限。 作為一種有希望替代傳統(tǒng)多孔納米晶Ti02工作電極的氧化物半導(dǎo)體材料,ZnO納米結(jié)構(gòu)由于其形貌調(diào)控的靈活性以及較高的電子遷移率已經(jīng)在敏化電池領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用研究,并表現(xiàn)出不俗的光電轉(zhuǎn)換性能。特別是構(gòu)筑直接與導(dǎo)電基底連接的ZnO納米陣列理論上為光電子的轉(zhuǎn)移提供了直接的高速通道,減少了光電子的復(fù)合過程。 本論文主要致力于在FTO導(dǎo)電基底上合成具有高比表面積的多孔ZnO納米片陣列結(jié)構(gòu),在其上沉積CdS(硫化鎘)、CdSe(硒化鎘)量子點(diǎn)納米晶后制備出量子點(diǎn)敏化工作電極。通過封裝組裝出完整的量子點(diǎn)敏化電池器件,并對電池的光電轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行了研究。具體內(nèi)容歸納如下： 1、運(yùn)用水熱合成方法結(jié)合高溫退火過程制備多孔ZnO納米片陣列。 利用溶液中的水熱反應(yīng)制備出了生長在FTO基底上的堿式碳酸鋅納米片陣列結(jié)構(gòu),經(jīng)空氣中的高溫退火后使得原本平整的堿式碳酸鋅納米片失去H2O和CO2分子轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫譠nO納米片,從而得到了多孔ZnO納米片陣列。 2、運(yùn)用SILAR方法和CBD方法在納米片上沉積CdS、CdSe量子點(diǎn)納米晶。 運(yùn)用簡便的連續(xù)離子層吸附反應(yīng)沉積(SILAR)方法在ZnO多孔納米片上沉積了CdS量子點(diǎn),制備了CdS/ZnO敏化結(jié)構(gòu)；利用化學(xué)浴沉積(CBD)方法在納米片上沉積了CdSe量子點(diǎn),制備了CdSe/ZnO敏化結(jié)構(gòu)；結(jié)合兩種方法則制備出CdSe/CdS/ZnO共敏化結(jié)構(gòu)。 3、封裝電池,并測試和研究各種敏化結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換性能。 采用I-V曲線測試、IPCE測試等手段,表征了三種敏化電極結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換性能,并利用量子點(diǎn)之間接觸時(shí)產(chǎn)生的能帶重排效應(yīng)解釋了共敏化結(jié)構(gòu)優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換性能的機(jī)理。 4、探討了限制電池整體性能的主要因素。 通過不同工作電極、電解液的對比發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)中影響電池效率的主要因素在于S2-/Sn2-多硫電解液的性能。結(jié)合I-V曲線和交流阻抗譜,發(fā)現(xiàn)多硫電解液與工作電極FTO接觸所帶來的較小的并聯(lián)電阻是主要的影響因素。 【關(guān)鍵詞】：CdS、CdSe量子點(diǎn)納米晶 ZnO納米陣列 敏化電池 光電轉(zhuǎn)換
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 符號(hào)說明12-13
• 第一章 緒論13-31
• 1.1 引言13-14
• 1.2 光伏效應(yīng)與太陽能電池14-18
• 1.2.1 太陽能電池的基本原理14-17
• 1.2.2 太陽能電池的分類17-18
• 1.3 半導(dǎo)體量子點(diǎn)納米晶敏化太陽能電池18-27
• 1.3.1 敏化電池概述18-19
• 1.3.2 染料敏化電池DSSC基本工作原理19-21
• 1.3.3 ZnO納米晶在敏化電池中的應(yīng)用21-23
• 1.3.4 半導(dǎo)體量子點(diǎn)納米晶在敏化電池中的應(yīng)用23-27
• 1.4 本論文的選題背景和研究內(nèi)容27-28
• 參考文獻(xiàn)28-31
• 第二章 CdS、CdSe敏化ZnO多孔納米片結(jié)構(gòu)的制備與表征31-48
• 2.1 ZnO多孔納米片陣列的液相合成31-38
• 2.1.1 引言31-32
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)部分32-33
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論33-38
• 2.2 CdS、CdSe納米晶在ZnO納米片陣列上的沉積38-44
• 2.2.1 引言38-39
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)部分39-42
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論42-44
• 2.3 本章小結(jié)44-46
• 參考文獻(xiàn)46-48
• 第三章 太陽能電池的組裝及光電性能研究48-74
• 3.1 電解液、對電極48-51
• 3.1.1 電解液48-50
• 3.1.2 對電極50-51
• 3.2 電池的封裝51-53
• 3.3 電池性能測試53-70
• 3.3.1 電流-電壓輸出特性(I-V曲線)測試和分析53-56
• 3.3.2 量子效率(IPCE)測試和分析56-58
• 3.3.3 能帶排布結(jié)構(gòu)分析58-61
• 3.3.4 開路電壓及填充因子分析61-70
• 3.4 本章小結(jié)70-72
• 參考文獻(xiàn)72-74
• 第四章 結(jié)論74-75
• 致謝75-76
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表76

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