CuInS2量子點敏化鈦酸納米帶薄膜的制備、表征與性能研究.pdf

1、近年來，能源危機和環(huán)境問題日益嚴重，而太陽能是一種取之不盡，用之不竭的無污染能源，利用太陽能進行光電轉(zhuǎn)換成為解決能源危機和環(huán)境污染的重要途徑。
　　 鈦酸納米材料是一種新型的納米材料，具有特殊的結構和性質(zhì)，具有較高的光催化效應和特殊的可見光區(qū)吸收和光致發(fā)光現(xiàn)象，由于傳統(tǒng)的TiO2只能吸收紫外光部分而影響其光電轉(zhuǎn)換效率，因此鈦酸納米材料在光伏陽極材料方面有著廣泛的應用前景。
　　 自Michael Gratzel提出染料敏

2、化太陽能電池以來，有機染料一直是一個研究熱點，然而其成本高、壽命短、性能不穩(wěn)定。因此采用無機半導體量子點取代有機染料成為太陽能電池的全新研究方向。CuInS2是一種無毒、低成本、性能穩(wěn)定的Ⅱ-Ⅲ-Ⅵ三元直接帶隙無機半導體化合物，其吸收系數(shù)大，禁帶寬度為1.5eV，接近太陽能電池的最佳禁帶寬度。因此，采用CuInS2半導體量子點敏化太陽能電池具有更大的應用前景。
　　 為了獲得高效光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池，本文提出采用CuInS2

3、量子點敏化一維鈦酸納米帶薄膜太陽能電池的思路。首先采用熱堿水熱法和絲網(wǎng)印刷法制備一維鈦酸納米帶薄膜，然后采用自組裝法在一維鈦酸納米帶薄膜表面沉積CuInS2量子點，制備CuInS2量子點敏化一維鈦酸帶薄膜光陽極，組裝成量子點敏化太陽能電池，并對其進行相應的表征和性能測試。主要研究內(nèi)容和結論如下：
　　 1、采用熱堿水熱法和絲網(wǎng)印刷法合成一維鈦酸納米帶薄膜，分析了絲網(wǎng)印刷制度和熱處理溫度對一維鈦酸納米帶薄膜的組成成分、形貌結構和性

4、能的影響。研究表明薄膜鈦酸納米帶長度為1-3μm，寬度為100-200 nm，厚度為10 nm并且截面為矩形；當絲網(wǎng)印刷次數(shù)為3次的時候，薄膜厚度為10μm，為太陽能電池光陽極最佳厚度，對應的紫外-可見光光吸收強度最強。通過確定其吸收邊界增，由理論計算可知一維鈦酸納米帶薄膜的禁帶寬度為3.0eV；熱處理溫度為350℃形成鈦酸納米帶薄膜物相較純，而熱處理溫度為450℃銳鈦礦相出現(xiàn)，改變薄膜晶體結構。
　　 2、采用二步法制備CuI

5、nS2量子點材料，對其組成成分、形貌微觀結構和光學性能研究表明制備出的CuInS2量子點物相單一，其顆粒尺寸為19.3 nm，分散較好，排列比較均勻；從紫外-可見光光譜分析中可以看出控制合成工藝可以實現(xiàn)不同直徑的CuInS2量子點的制備，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在紫外和可見光全光譜范圍內(nèi)都具有較好的光吸收，
　　 3、以膦酸類表面活性劑MPA為有機耦合劑，采用一維鈦酸納米帶薄膜作為光陽極，實現(xiàn)CuInSz半導體量子點敏化一維鈦酸納米帶薄膜的

6、制備。通過XRD圖譜和SEM圖像分析可知薄膜表面吸附了一層排列均勻的CuInS2量子點，顆粒尺寸為10-20 nm左右；研究表明隨著敏化時間的增加薄膜表面CuInS2量子點的吸附量增加，薄膜的紫外-可見光光吸收逐漸增強，吸收邊界逐漸紅移，但敏化時間為7分鐘的時候，紫外-可見光光吸收強度下降；隨著敏化次數(shù)的增加，薄膜表面CuInS2量子點的吸附量增加，光吸收強度逐漸增強，吸收邊界逐漸紅移，當敏化次數(shù)達到14次的時候，CuInS2量子點幾乎