二氧化鈦微球基太陽(yáng)能電池的制備及性能優(yōu)化.pdf

1、20世紀(jì)以來，環(huán)境和能源問題的日益加劇迫使人們加快了對(duì)清潔新能源的研究與開發(fā)。在眾多清潔能源中，太陽(yáng)能作為一種取之不盡、用之不竭的能源而備受關(guān)注。染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）和量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池（QDSSC）以其制備工藝簡(jiǎn)單、高光電轉(zhuǎn)換效率、價(jià)格低廉等特點(diǎn)而受到廣泛研究。在眾多半導(dǎo)體材料中，TiO2以其特殊的光電性質(zhì)及成本低廉、穩(wěn)定性好、抗腐蝕性好、強(qiáng)氧化性等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于光陽(yáng)極，并取得了較優(yōu)的光電轉(zhuǎn)換效率。然而，就目前太陽(yáng)能電

2、池實(shí)際應(yīng)用的需求而言，其效率偏低仍然是一個(gè)不容忽視的問題。因此，如何進(jìn)一步優(yōu)化光陽(yáng)極材料：捕獲更多的光以及快速有效的傳輸光生電子，是電池光電性能優(yōu)化中的關(guān)鍵問題之一。本論文主要圍繞三維TiO2微球的制備、摻雜改性、在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用及性能優(yōu)化等方面開展了如下工作：
　　采用水熱法制備了鈮摻雜的分級(jí)銳鈦礦三維TiO2微球，球體由暴露的（001）晶面的納米帶和納米微粒組成；并進(jìn)一步研究了鈮摻雜TiO2微球?qū)SSC微觀結(jié)構(gòu)和光伏性能

3、的影響。研究結(jié)果表明，Nb5+取代 TiO2晶格中 Ti4+的位置，且TiO2薄膜的帶隙隨著鈮摻雜濃度的改變而變化。與純TiO2電池相比，適量的鈮摻雜TiO2薄膜組裝的DSSC顯示出較強(qiáng)的光電性能。Nb-3.5（Nb3.5mol％）DSSC的轉(zhuǎn)換效率最佳，為4.99％。與純TiO2電池（4.39％）相比轉(zhuǎn)換效率高13.7％。這是因?yàn)殁墦诫s的太陽(yáng)能電池具有暴露的高活性（001）晶面，有更高的比表面積可以增加光生電子的數(shù)量，而且由于鈮摻雜的

4、TiO2的導(dǎo)帶邊最小值（CBM）降低，電子收集和傳輸能力增強(qiáng)。然而，過量的鈮摻雜導(dǎo)致電池的性能降低，這是由于Nb-TiO2樣品中存在過多的缺陷，導(dǎo)致在缺陷處的電荷復(fù)合增強(qiáng)。
　　以三維銳鈦礦TiO2微球?yàn)樯蠈庸馍⑸鋵硬牧希虡I(yè)納米TiO2作為下層連接材料，采用刮刀法制備了一種新穎的雙層TiO2薄膜，并將其應(yīng)用于量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池。其中，石墨烯量子點(diǎn)（GQDs）采用滴液法引入，CdS/CdSe量子點(diǎn)采用連續(xù)離子層吸附法（SILAR

5、）沉積。制備了CdS/CdSe量子點(diǎn)敏化及石墨烯量子點(diǎn)/CdS/CdSe共敏化太陽(yáng)能電池，并研究了石墨烯量子點(diǎn)及CdS不同敏化周期及對(duì)電池性能影響。研究結(jié)果表明，石墨烯量子點(diǎn)引入前后及CdS不同敏化周期對(duì)薄膜的光學(xué)性質(zhì)、電子傳輸及載流子復(fù)合均具有較大的影響。在優(yōu)選條件下，TiO2/QGDs/CdS（4）/CdSe電池的光電轉(zhuǎn)換效率為1.24%，光電流密度為9.47 mA/cm2。這顯著高于TiO2/CdS（4）/CdSe電池的這些參數(shù)（