基于TiO2纳米棒阵列的高效量子点敏化太阳能电池性能研究

摘要

量子点敏化太阳能电池(QDSCs)作为一种发展潜力巨大的第三代新型太阳能电池，因其极高的理论光电转换效率，深受学者关注。一维TiO2纳米棒阵列具有优异的径向电荷传输特性，以其作为电子传输体，可为电荷传输提供直接通道，减少界面电荷复合，有望大幅改善器件光伏性能。
　　第二章采用水热法合成了一维TiO2纳米棒阵列结构，并对材料的形貌、结构和光学性质等进行了研究。结果表明，TiO2纳米棒为单晶金红石相结构，且可通过控制水热反应时间，调节纳米棒长度。
　　第三章研究了CdS/CdSe量子点共敏化TiO2纳米棒阵列太阳能电池性能。分别采用连续离子层吸附与反应(SILAR)与化学浴沉积(CBD)法在纳米棒阵列上原位沉积CdS和CdSe量子点。结果证实，量子点均匀负载在阵列表面，且覆盖率很高。吸收光谱与电化学阻抗谱表明，随着纳米棒长度增加，量子点的负载量虽然增大，但却加速了界面电荷复合。最终，通过优化纳米棒长度，基于1.7μm纳米棒阵列光阳极的QDSCs获得了3.57％的光电转换效率。同时，优异的一维电荷传输通道与良好的量子点负载，确保了高效的电荷输运与电荷收集，使器件开路电压高达0.77 V;这是目前TiO2基QDSCs开路电压的最高值。
　　第四章基于TiO2纳米棒阵列构筑了高效宽光谱响应PbS QDSCs。研究表明，PbS量子点可将QDSCs光谱吸收范围扩展至近红外区域，明显改善器件光电流水平。同时，与基于TiO2纳米颗粒的常规QDSCs相比，该器件填充因子显著提升;其原因在于TiO2纳米棒阵列优异的径向电荷传输特性，抑制了器件内部的电荷复合。最终，制备所得基于TiO2纳米棒阵列的PbS QDSC光电转换效率达1.15％，填充因子为0.51。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景

1．2．1 太阳能电池的发展史

1．2．2 太阳能电池的分类

1．3 量子点敏化太阳能电池(QDSC)简介

1．3．1 量子点特性

1．3．2 工作原理

1．3．3 器件结构

1．4 本论文的主要研究内容

第二章 TiO2纳米棒阵列的制备与表征

2．1 实验材料和设备

2．2 TiO2纳米棒阵列的制备过程

2．3 材料表征手段介绍

2．3．1 场发射扫描电镜(SEM)

2．3．2 场发射透射电镜(TEM)

2．3．3 X射线衍射仪(XRD)

2．3．4 其他测试手段

2．4 TiO2纳米棒阵列的形貌与结构

2．4．1 SEM和TEM表征

2．4．2 XRD和Raman衰征

2．5 本章小结

第三章 基于TiO2纳米棒阵列的CdS／CdSe量子点敏化太阳能电池

3．1 引言

3．2 电池的制备与器件性能参数

3．2．1 CdS／CdSe量子点合成

3．2．2 多硫电解液和Cu2S对电极制备

3．2．3 电池的封装

3．2．4 器件性能参数介绍

3．3 光阳极表征

3．3．1 形貌与结构特性

3．3．2 光谱吸收性质

3．4 光电性能测试

3．4．1 光伏性能(J-V)分析

3．4．2 电化学性能(EIS)分析

3．5 本章小结

第四章 基于TiO2纳米棒阵列的PbS量子点敏化太阳能电池

4．1 引言

4．2 PbS量子点合成

4．3 光阳极表征

4．3．1 形貌与结构特性

4．3．2 光谱吸收性质

4．3．3 光电子能谱(XPS)分析

4．4 光伏性能(J-V)分析

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的论文及成果情况