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《燕山大学》 2018年
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ZnSe量子点敏化纳米TiO_2光阳极太阳电池的制备与性能研究

赵杰  
【摘要】:科学界一个多世纪以来一直致力于开发和利用各种太阳能电池,原因是作为一种新型能源,太阳能有着取之不尽和绿色环保的优点。近年来,量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)以其高的理论转换效率和低的生产成本备受科研人员关注。然而,目前量子点敏化太阳能电池的实际转化效率还远低于理论转化效率;而且量子点敏化剂主要采用的是毒性较大的CdTe、CdSe、PbS。本项研究采用硒化锌量子点作为敏化剂,镧掺杂纳米二氧化钛为基底材料,制备ZnSe量子点敏化纳米TiO_2光阳极太阳电池,并研究制备的QDSSCs的光电子和电化学特性。本实验利用溶胶-凝胶法制备了掺La介孔TiO_2粉末,并采用旋涂法制得TiO_2薄膜;利用水相合成法在常温条件下制备ZnSe量子点,在此基础上,采用化学沉积浴(CBD)法制备了ZnSe量子点敏化光阳极TiO_2复合薄膜并配置了多硫电解液(S~(2-)/S_n~(2-)为氧化还原对)和Cu_2S对电极。我们把制备的光阳极薄膜,多硫电解液以及对电极按照―三明治‖结构组装一起,制作成量子点敏化太阳能电池。通过利用X射线衍射、氮吸附-脱附等温线、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见吸收光谱、稳态表面光电压谱等技术对光阳极薄膜进行了表征,并利用电化学工作站对制备的太阳能电池进行性能检测。实验结果分析表明制备的掺La介孔TiO_2纳米晶为锐钛矿结构,具有较大的比表面积和孔容,其孔径分布集中在26nm附近,为典型的介孔材料,所制备的TiO_2薄膜样品为表面均匀的多孔状结构。制备TiO_2粉末及其薄膜在300~400nm波长的范围出现了较强的光吸收特性,以及特有的n型表面光伏特性。常温条件下制备的核-壳结构ZnSe量子点具有立方闪锌矿结构,其粒径约为3.5nm;所得ZnSe量子点的UV-VIS吸收峰位置相较于常规ZnSe的吸收峰位发生明显的蓝移,光学带隙增大,出现明显的量子尺寸效应;所制备的ZnSe量子点在380-700nm波长的范围均出现了较强的光吸收,并表现出良好的n型表面光伏特性。制备的ZnSe量子点敏化TiO_2薄膜相比TiO_2薄膜表面光滑致密,光吸收和光伏响应范围较单纯TiO_2薄膜样品有很大拓宽,有效的增加太阳光的利用率。采用Zn(CH_3COO)_2作阳离子前驱液,选择厚度为4层(24.61μm)二氧化钛基底薄膜制备的量子点敏化光阳极,以及恰当的多硫电解液浓度(0.2M Na_2S和0.2M S),制备QDSSCs的转换效率可达2.61%。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM914.4;TB383.1

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【参考文献】
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