基于TiO2納米線陣列的量子點(diǎn)超薄膜敏化太陽(yáng)能電池的研究.pdf

1、太陽(yáng)能電池依據(jù)不同的陽(yáng)極材料可以分為單晶硅，多晶硅，化合物薄膜，聚合物薄膜和納米晶太陽(yáng)能電池等，本文主要研究納米晶太陽(yáng)能電池，納米晶作為陽(yáng)極材料，其性能較穩(wěn)定且制作成本低廉，將其組裝成太陽(yáng)能電池也具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，因此，成為了新一代備受矚目的太陽(yáng)能電池。光陽(yáng)極和敏化劑的優(yōu)化和改善是提高這一類太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的突破點(diǎn)，本文針對(duì)TiO2納米晶開(kāi)展了研究，研究的著重點(diǎn)是如何有效的控制TiO2的形貌，使其能夠?yàn)殡娮犹峁┲苯拥膫鬏斖ǖ?/p>

2、，減少電子的復(fù)合，增加電子的壽命。此外，還開(kāi)展了量子點(diǎn)敏化劑的研究，目前普遍使用的是N719染料敏化劑，然而由于這種敏化劑價(jià)格昂貴，穩(wěn)定性較差，因此在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域受到了一定的局限。而半導(dǎo)體量子點(diǎn)由于其具有帶隙可調(diào)，高消光系數(shù)，多激子效應(yīng)等突出的光電性能，成為了理想的代替染料的敏化劑。同時(shí)，在制作工藝方面，半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有價(jià)格低廉，制作方法簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性良好等優(yōu)點(diǎn)，因此量子點(diǎn)是染料敏化劑理想的代替材料。
　　本文合成了多種不同形貌的T

3、iO2納米線材料，采用X射線衍射儀，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和高倍透射電子顯微鏡對(duì)樣品的晶相，形貌進(jìn)行了表征。并通過(guò)對(duì)光電轉(zhuǎn)換效率的測(cè)試，和電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制的測(cè)試來(lái)研究其光電性能。同時(shí)針對(duì)量子點(diǎn)尺寸不易控制，分散性不夠好，組裝的量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池（QDSSCs）效率較低等問(wèn)題，采用了聚合物輔助層層自組裝方法（PA-SILAR）和CdSexS(1-x)/CdS共敏化的方式制備QDSSCs，并對(duì)其光電性能進(jìn)行研究。本文主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)如下：<

4、br>　?。?）通過(guò)水熱法，分別制備了TiO2納米晶薄膜，三維TiO2納米線（3D-TiO2），3D-TiO2納米樹(shù)三種結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極膜，分別對(duì)這三種形貌進(jìn)行表征。并通過(guò)陽(yáng)極氧化的方法將制備好的陽(yáng)極膜脫落，轉(zhuǎn)移到旋涂有阻擋層的FTO導(dǎo)電玻璃上，將制備好的光陽(yáng)極，與鉑對(duì)電極進(jìn)行組裝制備染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSCs)，并進(jìn)行光電性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)由TiO2納米樹(shù)所組裝而成的DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率最高，達(dá)到了8.7％，短路電流達(dá)到了15.94mA

5、·cm-2。這種樹(shù)狀的結(jié)構(gòu)具有一維納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也克服了一維納米結(jié)構(gòu)比表面積小的缺點(diǎn)。
　?。?）為了更好的控制量子點(diǎn)的尺寸，利用光滑的TiO2納米線陣列為基底，通過(guò)聚乙烯亞酰胺（PEI）作為連結(jié)劑，采用PA-LBLAR方法來(lái)合成CdS量子點(diǎn)，與傳統(tǒng)的離子交換法（SILAR)相比，該法更能夠有效控制量子點(diǎn)大小，同時(shí)PA-LBLAR法更易于使量子點(diǎn)均勻分散，且更加牢固的將CdS量子點(diǎn)吸附在光陽(yáng)極上。將采用這種方法制備的TiO2

6、/CdS QDSSCs與傳統(tǒng)的SILAR法所制備的TiO2/CdS QDSSCs進(jìn)行光電性能的比較，發(fā)現(xiàn)PA-LBLAR法所獲得的光電轉(zhuǎn)換效率更高，能夠達(dá)到2.94％，短路電流密度達(dá)到8.65mA·cm-2。
　?。?）針對(duì)目前QDSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率較低的問(wèn)題，通過(guò)改善光陽(yáng)極結(jié)構(gòu)和量子點(diǎn)敏化劑吸收波段提高了QDSSCs光電轉(zhuǎn)換效率。首先，光陽(yáng)極采用的是TiO2納米樹(shù)/納米花球的分級(jí)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是在納米樹(shù)的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步的制