PbS量子點(diǎn)敏化TiO2薄膜的制備與表征.pdf

1、量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池具有高消光系數(shù)、可調(diào)光譜響應(yīng)范圍、理論轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，是目前太陽(yáng)能電池的研究熱點(diǎn)之一。本文主要對(duì)連續(xù)離子層沉積法(SILAR)實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)PbS沉積形貌和數(shù)量的影響進(jìn)行了研究，重點(diǎn)研究了反應(yīng)溫度對(duì)PbS敏化TiO2薄膜性能的影響。并在此基礎(chǔ)上，研究了PbS和CdS量子點(diǎn)共敏化TiO2薄膜的光學(xué)及光電轉(zhuǎn)換性能。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)采用磁控濺射制備TiO2薄膜，用連續(xù)離子層沉積法在薄膜表面沉積PbS量子點(diǎn)

2、，利用掃描電子顯微鏡(SEM)和粒徑分析軟件研究了實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)PbS量子點(diǎn)分布和大小的影響。研究結(jié)果表明，在SILAR法沉積PbS量子點(diǎn)的過(guò)程中，在每一個(gè)制備周期中，有量子點(diǎn)晶核生長(zhǎng)和形成新的量子點(diǎn)兩個(gè)過(guò)程同時(shí)存在;Pb+離子濃度對(duì)量子點(diǎn)的密度有顯著影響，對(duì)量子點(diǎn)生長(zhǎng)影響微弱;隨著反應(yīng)溫度的升高，PbS量子點(diǎn)先減小后增大;在沉積過(guò)程中使用超聲輔助制備的量子點(diǎn)尺寸集中，主要粒徑為6-7nm。
　　(2)在研究實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)PbS量子點(diǎn)分布

3、和大小的影響的基礎(chǔ)上，我們采用X射線衍射儀、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、熒光光譜儀等研究了不同反應(yīng)溫度制備的PbS敏化TiO2薄膜的結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能和光電轉(zhuǎn)換性能。研究結(jié)果表明，通過(guò)SILZR法在不同反應(yīng)溫度下制備的PbS量子點(diǎn)顆粒均為方鉛礦相;PbS量子點(diǎn)的加入使TiO2薄膜的吸收邊明顯紅移，禁帶寬度由3.58eV減小到2.88eV;隨著反應(yīng)溫度的升高，PbS敏化TiO2薄膜的光致發(fā)光強(qiáng)度均先增大后減小，在60℃條件下制備的薄膜發(fā)光強(qiáng)度大;Pb

4、S量子點(diǎn)負(fù)載量的增加大大提高了TiO2薄膜的光生電流強(qiáng)度，但是過(guò)多的PbS量子點(diǎn)會(huì)增加載流子的復(fù)合，阻礙電子的快速傳輸，所以在60℃條件下制備的Ti/TiO2/PbS薄膜具有最大光電流強(qiáng)度。此外，以甲基橙溶液作為模擬污染物，研究薄膜光催化活性，結(jié)果表明PbS量子點(diǎn)的增加有利于提高TiO2薄膜的光催化活性。
　　(3)采用低溫雙氧水氧化法制備了多孔TiO2薄膜，并用SILAR法制備了PbS和CdS量子點(diǎn)共敏化TiO2薄膜。以量子點(diǎn)敏

5、化的薄膜作為光陽(yáng)極，Pt為對(duì)電極，多硫電解液為電解質(zhì)，組裝成量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池(QDSSCs)，研究其光電轉(zhuǎn)換性能。研究結(jié)果表明，CdS量子點(diǎn)較PbS量子點(diǎn)敏化的TiO2薄膜光電轉(zhuǎn)換性能更好;量子點(diǎn)共敏化的TiO2薄膜光電轉(zhuǎn)換性能最好;在量子點(diǎn)共敏化的過(guò)程中，PbS、CdS和TiO2之間會(huì)發(fā)生能級(jí)重排，薄膜結(jié)構(gòu)為TiO2/CdS/PbS時(shí)將形成階梯式能級(jí)結(jié)構(gòu)，有利于載流子的快速傳輸，提高材料的光電轉(zhuǎn)換特性。此外，以甲基橙溶液作為模擬污