基于SnO2光陽極的CdS量子點敏化太陽能電池研究.pdf

1、太陽能是一種綠色清潔來源廣泛的能源,不僅可以解決全球的能源危機,而且對環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn)略意義。太陽能電池是利用太陽能的一種有效的途徑。量子點敏化太陽能電池(QDSSC)是染料化太陽能電池的延伸,相比染料敏化太陽能電池具有很多優(yōu)勢,在理論上轉(zhuǎn)化效率高,性能穩(wěn)定,生產(chǎn)成本低,因此具有潛在的研究價值。
　　半導(dǎo)體氧化物在量子點敏化太陽能電池中起著至關(guān)重要的作用。相對于TiO2氧化物半導(dǎo)體,SnO2具有更快的電子傳輸能力。

2、此外,SnO2的帶隙寬度比TiO2的大,因此可以減小電子在光陽極氧化物中的復(fù)合幾率。延長QDSSC的使壽命。考慮到硫化鎘(CdS)與二氧化錫(SnO2)的能級匹配因素,本論文采用 CdS作為量子點敏化劑與介孔 SnO2作為太陽能電池的光陽極組裝成 QDSSC,研究不同形貌SnO2的合成、Mn離子摻雜CdS敏化SnO2光陽極的制備及其光電性能。主要研究內(nèi)容及研究結(jié)果如下:
　　(1)以硫酸亞錫作為錫源,在常溫下合成了 SnO2粉末,

3、高倍率掃描電鏡圖(SEM)顯示其形貌為介孔微球,尺寸在100~500 nm之間。用TiCl4水溶液對SnO2薄膜進行處理,從SEM圖可看出介孔球表面生成了一薄層TiO2納米顆粒。由于較大尺寸的SnO2介孔微球可以增強薄膜的光散射性能,其次,緊密堆砌的TiO2納晶顆粒使SnO2介孔微球中的電子傳輸速度更快,從而有效抑制了電子在光陽極內(nèi)部復(fù)合。同時,TiO2納米顆粒增大了SnO2的比表面積從而提高了量子點附著量,能吸收更多太陽光子。由 Ti

4、Cl4溶液處理后的 SnO2介孔微球組裝的QDSSC的光電轉(zhuǎn)換效率達到2.03％,比純SnO2介孔微球構(gòu)成的QDSSC光電轉(zhuǎn)換效率提高了62.4%。
　　(2)采用離子交換法對CdS量子點摻雜過渡金屬離子Mn2+,可以有效地提高QDSSC的光電性能。通過改變Mn2+的濃度,找出最優(yōu)電池效率的Mn2+摻雜濃度為4 wt%。光電轉(zhuǎn)化效率可以達到2.46%。原因是由于Mn2+的摻雜增加了紫外可見吸收光譜的吸收波段范圍,增強了吸收強度;此

5、外還降低了電池的阻抗,增加電子擴散能力。Mn2+摻雜后,QDSSC的轉(zhuǎn)換效率可以從原來的1.83%上升到2.80%,提高了53%。
　　(3)以氯化亞錫為反應(yīng)前驅(qū)物,利用水熱法合成納米多孔SnO2粉體,通過控制水熱時間,得到不同大小的SnO2納米顆粒。將其作為光陽極,利用離子交換法制備 CdS量子點,組裝成 QDSSC。探討在不同水熱時間下制備的納米多孔SnO2粉體對CdS量子點敏化電池光電性能的影響。利用SEM、XRD、TEM分

6、別對納米多孔SnO2粉體的形貌和尺寸、結(jié)構(gòu)進行表征。研究了不同水熱時間形成的納米多孔SnO2粉體作為光陽極對CdS量子點敏化QDSSC光電性能、單色光光電轉(zhuǎn)換效率、EIS、UV-vis等的影響規(guī)律。結(jié)果表明:水熱時間對 QDSSC的效率有明顯作用,當(dāng)水熱時間為24小時制備的 SnO2粉體作為光陽極,組裝的QDSSC的光電轉(zhuǎn)換效率最高,約為2.46%。
　　(4)以氯化亞錫為前驅(qū)體,添加檸檬酸三鈉作為添加劑,采用水熱法合成了片層花狀