量子点敏化ZnO纳米棒太阳能电池及对电极材料的研究

摘要

量子点敏化太阳能电池(quantum dot sensitized solar cell，QDSSC)具有制备简单、成本低廉、理论转化效率高等优点，被认为是极具潜力的光电转换器件。具有一维有序结构的ZnO纳米棒可以提供直接的电子传输通道，有利于电子在纳米材料中的传输。把ZnO纳米阵列应用于QDSSC，有望可以进一步提高其光电转换效率。
　　本论文的主要工作:(1)在FTO玻璃基底表面制备ZnO纳米棒阵列，并通过改变ZnO纳米棒的生长时间得到不同长度的纳米棒阵列，增大量子点的沉积面积。同时探索不同长度的ZnO纳米棒阵列应用于CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池对电池光电转换效率的影响;(2)通过微波辅助气相沉积法在FTO透明导电基底表面制备硫化铜/硒化铜对电极，并将这种对电极应用于QDSSC。主要研究成果如下:
　　1、采用水浴法在FTO透明导电基底表面制备ZnO纳米棒阵列，通过改变ZnO的生长时间得到不同长度的纳米棒阵列。系统的考察了不同生长长度的ZnO纳米棒的形貌以及CdS/CdSe量子点敏化ZnO纳米棒作为光阳极对电池光电转换效率的影响。从而得到生长时间为2h的ZnO纳米棒(5.4μm)具有最好的电子传输能力。同时，还研究了分别采用连续离子层吸附与反应法，化学浴沉积法在生长时间为2h的纳米棒上沉积CdS(6次)以及CdSe(4h)量子点对器件光电转换效率的影响。制备的CdS(6次)/CdSe(4h)量子点共敏化ZnO纳米棒(2h)作为光阳极，铂电极作为对电极的太阳能电池器件获得了2.33％的光电转换效率。
　　2、采用微波辅助气相沉积法在FTO透明导电基底表面制备了硫化铜/硒化铜薄膜。通过改变硫化铜在反应溶液中沉积的时间，得到不同厚度的硫化铜薄膜。硫化铜纳米片在FTO基底上沿着直径的方向相互交错，增大了膜层的比表面积，从而增大了电解液与对电极的接触面积。同样采用CdS(6次)/CdSe(4h)量子点共敏化ZnO纳米棒(2h)作为光阳极，制备的硫化铜作为对电极，制备的太阳能电池器件在一个太阳光照射下得到光电转换效率为4.46％。这比基于铂对电极的QDSSC光电转化效率提高了91％。除此之外，研究者也系统研究了硒化铜作为对电极的一系列性能，最终得到2.07％的光电转换效率。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 量子点敏化太阳能电池(QDSSC)概述

1．2．1 QDSSC的结构和工作原理

1．3 QDSSC的光阳极材料及合成

1．3．1 量子点的合成及敏化方法

1．4 QDSSC的电解质溶液

1．5 QDSSC的对电极

1．6 本文的研究内容及意义

第二章 实验原料、制备以及测试方法

2．1 实验原料及仪器设备

2．2 QDSSC的制备

2．2．1 FTO基片的处理

2．2．2 光阳极和对电极的制备

2．2．3 器件的组装

2．3 QDSSC光阳极和对电极表征

2．3．1 扫描电子显微镜

2．3．2 透射电镜

2．3．3 X射线晶像分析

2．3．4 紫外-可见分光光度计

2．4 QDSSC的电池性能测试表征

2．4．2 入射单色光子-电子转化效率

2．4．3 电化学性能测试

第三章 CdS／CdSe量子点共敏化ZnO纳米棒光阳极系统的构建

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 光阳极ZnO纳米棒的制备

3．2．2 SILAR法在ZnO纳米棒上生长CdS量子点

3．2．3 CBD法制备CdSe量子点

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同生长时间的ZnO纳米棒对比

3．3．2 CdS／CdSe量子点负载及其表征

3．4 本章小结

第四章 硫／硒化铜对电极在QDSSC中的应用

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 硫／硒化铜对电极的制备

4．2．2 电解液(S2-／Sn2-)制备

4．2．3 器件的组装

4．3 硫化铜对电极表征

4．3．1 微观结构与元素分析

4．3．2 对电极的紫外可见吸收图谱

4．4 硒化铜对电极表征

4．4．1 微观结构与元素分析

4．4．2 对电极的紫外可见吸收图谱

4．5 太阳能电池测试表征

4．5．1 电池的光电转换效率分析

4．5．2 对称电池电化学阻抗分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 问题和展望

参考文献

致谢

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