TiO2纳米管和TiO2微球在量子点敏化太阳能电池中的应用

摘要

量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)因其成本较低，工艺相对简单，理论效率较高等优点得到了广泛的关注。制约QDSSCs光电转换效率的因素主要是宽禁带半导体阳极膜的结构仍需改进，量子点敏化剂对太阳光谱的利用率较低，半导体/量子点敏化剂/电解质界面的电荷复合几率较高等。本文主要研究QDSSCs的阳极膜结构对电池效率的影响。
　　TiO2纳米颗粒具有较大的比表面积，因而能够吸附足够多的量子点敏化剂，是一种常见的QDSSCs阳极膜材料。但是TiO2纳米颗粒晶界多，电子需要通过很多的晶界才能传输到外电路，导致电子在阳极膜中的传输速率较慢，并且增大了光生载流子的复合几率。研究表明，有序的TiO2纳米管阵列能够为电子提供沿径向快速传输的通道，提高电子传输速率和电子收集效率，从而提高电流密度。本文采用阳极氧化法制备了一维有序结构TiO2纳米管阵列，并将其应用到CdS/CdSe敏化太阳能电池中，探究了纳米管表面和内部结构对电池性能的影响，最终得到了4.86％的光电转换效率。
　　用溶剂热法合成了粒径为3-5nm的TiO2量子点，将TiO2量子点的环己烷分散液旋涂到导电玻璃上，经烧结制成致密的阻挡层以减小CdS敏化太阳能电池的电子复合，通过优化阻挡层厚度得到了3.66%的效率。由TiO2量子点的分散液旋涂并烧结成的致密阻挡层能有效抑制暗反应，减少电子在传输过程中的损耗，增加电子的传输速率和电子寿命，增大开路电压和短路电流，从而提高了电池光电转换效率。
　　在TiO2量子点分散液中加入极性溶剂形成了粒径尺寸为100-500nm的微球，这种微球表面和内部都是由大量的TiO2量子点构成的，因而表面致密但在纳米尺度范围是粗糙的。将这种TiO2微球与TiO2纳米颗粒相混合可作为性能优异的光阳极材料。其中亚微米结构TiO2球能够增加光散射，提高量子点对光的吸收利用率；TiO2纳米颗粒则以其高比表面积吸附足够多的量子点，同时能够改善微球之间的连接性，提高电子传输效率。通过调整两种材料的比例来优化电池光阳极结构，最终得到了4.12%的电池效率。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 QDSSCs的基本结构和工作原理

1.3 QDSSCs的研究现状

1.4 本论文的研究思路及主要内容

第2章 实验原料、仪器设备、电池组装与测试

2.1 实验原料与仪器设备

2.2 电池的组装

2.3 测试与表征

第3章 TiO2纳米管在CdS/CdSe敏化太阳能电池中的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与分析

3.4 本章小结

第4章 TiO2量子点阻挡层在CdS敏化太阳能电池中的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与分析

4.4 本章小结

第5章 TiO2自组装微球在CdS/CdSe敏化太阳能电池中的应用

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与分析

5.4 本章小结

第6章 全文总结

参考文献

致谢

个人简历、在学期间研究成果

个人简历

研究成果