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CdSe/CdS异质结光敏化TiO2工艺及性能研究

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摘 要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 太阳能电池的发展

1.2.1 硅基太阳能电池

1.2.2 无机薄膜太阳能电池

1.2.3 第三代太阳能电池

1.3 量子点敏化太阳能电池光电阳极的研究

1.3.1 量子点敏化太阳能电池的工作原理

1.3.2 纳米晶TiO2在量子点敏化太阳能电池的应用

1.3.3 窄禁带隙半导体量子点的研究

1.4 太阳能电池的基本参数

1.5 选题依据及研究内容

1.5.1 选题依据

1.5.2 研究内容

第二章 CdSe/CdS异质结纳米薄膜的制备及其光电化学性能

2.1 引言

2.2 实验原料及设备

2.3 表征与测试方法

2.3.1 X射线衍射仪(XRD)

2.3.3 紫外-可见分光光度计(UV-vis)

2.3.4 光电性能测试

2.4 CdS纳米薄膜的制备及其表征

2.4.1 预处理导电玻璃

2.4.2 CdS纳米薄膜的制备

2.4.3 物相分析(XRD)

2.4.4 光学性能分析(UV-vis)

2.4.5 微观形貌分析(SEM)

2.4.6光电性能分析

2.5 CdSe纳米薄膜的制备及其表征

2.5.1 CdSe纳米薄膜的制备

2.5.2 物相分析(XRD)

2.5.3 光学性能分析(UV-vis)

2.5.4 光电性能分析

2.5.5 微观形貌分析(SEM)

2.6 CdSe/CdS异质结纳米薄膜制备及其性能研究

2.6.1 CdSe/CdS异质结纳米薄膜的制备

2.6.2 微观形貌分析(SEM)

2.6.3 光学性能分析(UV-vis)

2.6.4 光电性能分析

2.7 热处理温度对CdSe(4)/CdS(5)异质结纳米薄膜性能的影响

2.7.1 微观形貌分析(SEM)

2.7.2 结构分析(XRD)

2.7.3 光学性能分析(UV-vis)

2.7.4 光电性能分析

2.8 本章小结

第三章 CdSe/CdS异质结对TiO2纳米片的敏化及性能研究

3.1 引言

3.2 实验原料及设备

3.3 表征与测试方法

3.3.1 X射线衍射仪(XRD)

3.3.2 X射线光电子能谱(XPS)

3.4 TiO2纳米片薄膜的制备及其表征

3.4.1 TiO2纳米片薄膜的制备

3.4.2 微观形貌分析(SEM)

3.4.3 物相分析(XRD)

3.4.4 光学性能分析(UV-vis)

3.5 CdS/TiO2纳米片异质结薄膜的制备

3.5.1 CdS/TiO2纳米片异质结薄膜的制备

3.5.2 物相分析(XRD)

3.5.3 光学性能分析(UV-vis)

3.5.4 微观形貌分析(SEM)

3.5.5 光电性能分析

3.6 CdSe/TiO2纳米片异质结薄膜的制备及其表征

3.6.1 CdSe/TiO2纳米片异质结薄膜的制备

3.6.2 物相分析(XRD)

3.6.3 光学性能分析(UV-vis)

3.6.4 光电性能分析

3.6.5 微观形貌分析(SEM)

3.7 CdSe/CdS/TiO2纳米片异质结复合薄膜的制备及其性能研究

3.7.1 CdSe/CdS/TiO2纳米片异质结复合薄膜的制备

3.7.2 微观形貌分析(SEM)

3.7.3 光学性能分析(UV-vis)

3.7.4 光电性能分析

3.8 热处理温度对CdSe(5)/CdS(3)/TiO2纳米片异质结复合薄膜性能的影响

3.8.1 微观形貌分析(SEM)

3.8.2 物相分析(XRD)

3.8.3 X射线光电子能谱分析(XPS)

3.8.4 光学性能分析(UV-vis)

3.8.5 光电性能分析

3.9 机理分析

3.9.1 共敏化机理分析

3.9.2 热处理机理分析

3.10 本章小结

第四章 CdSe/CdS异质结对TiO2纳米棒的敏化及性能研究

4.1 引言

4.2 TiO2纳米棒薄膜制备及其表征

4.3 CdS/TiO2纳米棒异质结薄膜的制备及其表征

4.3.1 CdS/TiO2纳米棒异质结薄膜的制备

4.3.2 微观形貌分析(SEM)

4.3.3 物相分析(XRD)

4.3.4 光学性能分析

4.3.5 光电性能分析

4.4 CdSe/TiO2纳米棒异质结薄膜制备及其表征

4.4.1 CdSe/TiO2纳米棒异质结薄膜的制备

4.4.2 物相分析(XRD)

4.4.3 光学性能分析(UV-vis)

4.4.4 光电性能分析

4.4.5 微观形貌分析(SEM)

4.5 CdSe/CdS/TiO2纳米棒异质结复合薄膜制备及其性能研究

4.5.1 CdSe/CdS/TiO2纳米棒异质结复合薄膜的制备

4.5.2 微观形貌分析(SEM)

4.5.3 光学性能分析(UV-vis)

4.5.4 光电性能分析

4.6 热处理温度对CdSe(5)/CdS(3)/TiO2纳米棒异质结复合薄膜性能的影响

4.6.1 微观形貌分析(SEM)

4.6.2 物相分析(XRD)

4.6.3 光学性能分析(UV-vis)

4.6.4 光电性能分析

4.7 TiO2纳米片与TiO2纳米棒的光电性能对比

4.8 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间研究成果

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摘要

纳米晶TiO2的禁带宽度约为3.2 eV,由于具有合适的导带位置、稳定的化学和物理性能以及成本低廉等优点,常作为宽带隙半导体材料应用在敏化太阳能电池的光电阳极中。室温下CdSe的禁带宽度为1.7 eV,CdS的禁带宽度为2.25 eV,二者可直接利用可见光的能量,CdSe和CdS常单独或共同作为敏化剂应用在敏化太阳能电池的光电阳极中,以扩大TiO2光吸收范围,提高光电转换效率。TiO2形貌对光电阳极的光电性能也有影响,本文采用水热合成法,在导电玻璃上制备出锐钛矿TiO2纳米片和金红石TiO2纳米棒阵列薄膜,采用CdS和CdSe共敏化TiO2纳米片和TiO2纳米棒形成CdSe/CdS/TiO2异质结复合薄膜,确定最佳的共敏化沉积次数,并研究不同热处理温度对异质结复合薄膜光电性能的影响。 (1)采用循环伏安法在导电玻璃上制备出光电性能较佳的CdSe(4)/CdS(5)纳米薄膜,其短路电流密度为1.78 mA·cm-2,光电转化效率为0.29%;CdSe(4)/CdS(5)异质结纳米薄膜在150℃热处理2h时,光电性能最佳,短路电流密度为1.96 mA·cm-2,光电转化效率为0.83%; (2)采用循环伏安法在TiO2纳米片阵列薄膜上制备出光电性能较佳的CdSe(5)/CdS(3)/TiO2异质结薄膜,其短路电流密度为1.78 mA·cm-2,光电转化效率为1.72%; 热处理后,CdSe(5)/CdS(3)/TiO2纳米片异质结复合薄膜有三元化合物CdS1-xSex生成;在150℃热处理2 h时,光电性能最佳,短路电流密度为2 mA·cm-2,光电转化效率为2.24%; (3)采用循环伏安法在TiO2纳米棒阵列薄膜上制备出光电性能较佳的CdSe(5)/CdS(3)/TiO2异质结薄膜,其短路电流密度为1.39 mA·cm-2,光电转化效率为0.94%;CdSe(5)/CdS(3)/TiO2纳米棒异质结纳米薄膜在350℃热处理2 h时,光电性能最佳,短路电流密度为1.98 mA·cm-2,光电转化效率为0.95%。

著录项

  • 作者

    朱留东;

  • 作者单位

    太原理工大学;

  • 授予单位 太原理工大学;
  • 学科 材料工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 胡兰青;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    CdSe; 异质结; 光敏化; TiO2; 工艺;

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