CdS量子點(diǎn)敏化ZnO/ZnS納米結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的研究

【摘要】：能源危機(jī)已成為人類面臨的主要難題之一。人類目前所利用的能源主要是石油、天然氣和煤炭等化石能源。這幾種能源的儲(chǔ)量在逐年減小，而且價(jià)格不斷攀升。能量的短缺嚴(yán)重地抑制了未來(lái)社會(huì)的發(fā)展。開發(fā)新能源和可再生清潔能源在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要作用。充分開發(fā)利用太陽(yáng)能是世界各國(guó)政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。太陽(yáng)能資源取之不盡、用之不竭，因此將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能和熱能為人類服務(wù)一直是科學(xué)家追求的目標(biāo)。在太陽(yáng)能利用中，太陽(yáng)能發(fā)電最受矚目。太陽(yáng)能電池具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如：安全可靠，無(wú)噪聲，無(wú)污染，能量隨處可得等等。量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池在第三代太陽(yáng)能電池中占有重要地位。理論的研究結(jié)果表明量子點(diǎn)材料由于具備可調(diào)的吸收波段、多重激子效應(yīng)和雙光子激發(fā)效應(yīng)，可以獲得高達(dá)66％的光電轉(zhuǎn)換效率。因此量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池受到科研工作者的廣泛關(guān)注。 本論文將ZnO做為光電陽(yáng)極材料，鍍有Pt的ITO作為對(duì)電極，中間充滿碘電解質(zhì)來(lái)制作太陽(yáng)能電池。首次研究了ZnS和ZnS:Mn2+納米粒子作為致密層對(duì)電子傳輸?shù)挠绊?。而且研究了量子點(diǎn)和染料共敏化在改進(jìn)太陽(yáng)能電池效率方面的作用。主要內(nèi)容如下： 1.通過(guò)水熱法成功生長(zhǎng)了ZnO納米釘和納米棒，PL和變溫PL同時(shí)揭示了ZnO納米釘中具有更少的非輻射復(fù)合，使得ZnO納米釘?shù)淖贤獍l(fā)光強(qiáng)度與可見發(fā)光強(qiáng)度的比是ZnO納米棒的2.3倍。該研究將會(huì)激發(fā)更多關(guān)于ZnO納米釘?shù)难芯?，并為其在激光器、氣體傳感器和發(fā)光器件方面的應(yīng)用研究奠定一定理論基礎(chǔ)。 2.在ZnO納米棒的表面覆蓋一層ZnS，以ZnO/ZnS的復(fù)合結(jié)構(gòu)做為光電陽(yáng)極，制作量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池。研究了不同方法制備的ZnS致密層對(duì)太陽(yáng)能電池的性能影響。與旋涂方法制備的ZnS層相比，通過(guò)連續(xù)離子層沉積方法制備的ZnS層能更有效地阻礙電子的反方向傳輸，抑制電子和空穴的復(fù)合，從而有效提高太陽(yáng)能電池的開路電壓。 3.為提高ZnO/ZnS/CdS電池能級(jí)匹配程度，用ZnS:Mn2+納米顆粒替代ZnS作為致密層，制作太陽(yáng)能電池。采用旋涂法將ZnS:Mn2+納米顆粒沉積在ZnO納米棒的表面。結(jié)果表明隨著錳摻雜濃度的提高，ZnS:Mn2+的導(dǎo)帶底下移，有利于電子向ZnO納米棒的傳輸，從而使得量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的效率增大。 4.通過(guò)連續(xù)離子層沉積的方法在ZnO納米棒上生長(zhǎng)一層ZnS層，并以ZnO/ZnS為光電陽(yáng)極制備量子點(diǎn)敏化和CdS/N719共敏化太陽(yáng)能電池。當(dāng)CdS的沉積次數(shù)為12次時(shí)，量子點(diǎn)單敏化的太陽(yáng)能電池的效率達(dá)到最佳。以此結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，又研究了量子點(diǎn)/有機(jī)染料共敏化太陽(yáng)能電池，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)染料的沉積時(shí)間為17h時(shí)，共敏化太陽(yáng)能電池的效率比單敏化太陽(yáng)能電池的效率提高了37%。 【關(guān)鍵詞】：ZnO納米結(jié)構(gòu) ZnO/ZnS復(fù)合納米結(jié)構(gòu) CdS量子點(diǎn) 太陽(yáng)能電池 光吸收
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 目錄10-13
• 第1章 緒論13-41
• 1.1 課題研究背景及意義13-17
• 1.1.1 太陽(yáng)能電池的研究背景及意義13-14
• 1.1.2 表征太陽(yáng)能電池性能的相關(guān)參數(shù)14-17
• 1.2 相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀17-39
• 1.2.1 太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展17-34
• 1.2.2 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的研究現(xiàn)狀34-39
• 1.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)安排39-41
• 1.3.1 論文的主要研究?jī)?nèi)容39-40
• 1.3.2 論文的結(jié)構(gòu)安排40-41
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法與表征手段41-51
• 2.1 樣品制備方法41-43
• 2.1.1 水熱法41-42
• 2.1.2 溶劑熱法42
• 2.1.3 兩步化學(xué)水浴沉積法42-43
• 2.1.4 連續(xù)離子層沉積法43
• 2.2 表征手段43-51
• 2.2.1 X 射線衍射（X-ray Diffraction）43-45
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope）45-46
• 2.2.3 透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope）46-47
• 2.2.4 光致發(fā)光光譜分析（Photoluminescence）47-49
• 2.2.5 紫外-可見分光光度計(jì)（Ultraviolet-Visible Spectrophotometer）49-50
• 2.2.6 太陽(yáng)光模擬器（Solar Simulator）50-51
• 第3章 ZnO 納米結(jié)構(gòu)光學(xué)性質(zhì)研究51-63
• 3.1 引言51
• 3.2 ZnO 納米棒和納米釘?shù)闹苽浞椒皽y(cè)試手段51-52
• 3.2.1 ZnO 納米棒和納米釘?shù)闹苽浞椒?/span>51-52
• 3.2.2 樣品的測(cè)試手段52
• 3.3 ZnO 納米棒和納米釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)和發(fā)光性能研究52-62
• 3.4 本章小結(jié)62-63
• 第4章 ZnS 致密層對(duì)電池性能的影響63-77
• 4.1 引言63
• 4.2 制備方法及測(cè)試手段63-65
• 4.3 兩種方法制備的 ZnS 對(duì)太陽(yáng)能電池的影響65-74
• 4.4 本章小結(jié)74-77
• 第5章 ZnS:Mn~(2+)納米顆粒致密層對(duì)電池性能的影響77-85
• 5.1 引言77
• 5.2 制備方法及測(cè)試手段77-78
• 5.3 ZnS:Mn~(2+)納米顆粒致密層對(duì)太陽(yáng)能電池性能影響78-83
• 5.4 本章小結(jié)83-85
• 第6章 量子點(diǎn)/有機(jī)染料共敏化太陽(yáng)能電池性能研究85-97
• 6.1 引言85-86
• 6.2 制備方法及測(cè)試手段86-87
• 6.3 共敏化太陽(yáng)能電池性能研究87-96
• 6.4 本章小結(jié)96-97
• 第7章 結(jié)論與展望97-99
• 7.1 結(jié)論97-98
• 7.2 研究展望98-99
• 參考文獻(xiàn)99-120
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況120-121
• 指導(dǎo)教師及作者簡(jiǎn)介121-122
• 致謝122

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