反蛋白石結構光子晶體光電極的制備及其可見光下光電性能的研究.pdf

1、化石燃料等不可再生能源正在迅速消耗，人類對能源的需求卻在快速增長，所以急需尋找新能源來滿足未來的能源需求。太陽能電池作為解決能源危機的一種有效手段，引起了人們的廣泛興趣。染料敏化太陽能電池具有制備工藝簡單、生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)點，因而具有很好的應用前景。但染料敏化太陽能電池在實際應用中也面臨著太陽能利用率低、光電轉換效率低等問題。采用窄帶半導體作(如CdSe)為敏化染料，利用其較寬的吸光范圍提高太陽能的利用率。新型納米結構能夠提供更大的比表

2、面積，可以有效提高染料的負載。反蛋白石結構光子晶體作為一種新型納米結構不僅具有較大的比表面積，還具有一定調節(jié)光傳播的能力。利用光子晶體的帶隙散射效應和慢光效應加強光與電極間的相互作用，可以有效提高光的利用率。將窄帶半導體和光子晶體復合，可有效提高染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。從這幾方面入手加快染料敏化太陽能電池實際應用的進程。圍繞以上內(nèi)容，本論文主要開展以下幾個工作。
　　(1)以225 nm聚苯乙烯微球蛋白石結構為模板，采用

3、液相沉積法制備TiO2反蛋白石結構光子晶體。當活化時間為10 min，沉積時間為20 min時可以制備三維有序的TiO2反蛋白石結構光子晶體。光子晶體的孔徑為200 nm，光子帶隙中心位置在500 nm。紫外光照射下，TiO2反蛋白石結構光子晶體的光電流密度是TiO2納米薄膜的8倍。
　　(2)采用液相沉積法制備TiO2反蛋白石結構光子晶體，以193nm、225nm和260nm聚苯乙烯微球為模板制備的光子晶體光子帶隙中心位置分別在

4、420 nm、500nm和680 nm。TiO2光子晶體具有規(guī)則的面心立方體結構。采用光輔助電沉積在TiO2光子晶體骨架上負載CdSe納米晶簇，制備TiO2/CdSe光子晶體復合光電極。在100 mW/cm2可見光照射下，CdSe納米晶簇負載TiO2光子晶體復合電極的光電流密度明顯高于CdSe納米晶簇負載TiO2薄膜復合電極，其中由260 nm模板制備復合電極光電流密度最大，是TiO2薄膜復合電極的2.5倍。隨后SPV和IPCE測試都表

5、明TiO2/CdSe-260復合光電極具有最佳的光電響應能力。TiO2/CdSe-260優(yōu)異的光電響應能力主要是因為TiO2/CdSe-260復合光電極的光子帶隙中心位置與CdSe的吸收匹配，光子晶體的帶隙散射和慢光效應共同作用提高了光電極的光電響應能力。
　　(3)以193nm聚苯乙烯微球蛋白石結構為模板，采用電化學沉積制備CdSe反蛋白石結構光子晶體。與恒電流沉積和循環(huán)伏安法沉積相比，恒電壓沉積具有更好的沉積效果。采用恒電壓法

6、制備CdSe反蛋白石結構光子晶體，當沉積電壓為-0.65 V，沉積液組成為0.3 M硝酸鎘、0.3 mmol亞硒酸鈉、pH=1，沉積時間為3h時，制備得三維有序的CdSe反蛋白石結構光子晶體，光子晶體孔徑為190 nm，DRS測試表明其在可見光范圍內(nèi)具有較強的吸收，光子帶隙中心位置在425 nm。在100 mW/cm2可見光照射下，CdSe反蛋白石結構光子晶體光電流密度達到5.5 mA/cm2，比CdSe薄膜提高了10倍。
　　以