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《陕西师范大学》 2016年
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量子点敏化太阳电池的光阳极和对电极研究

靳斌斌  
【摘要】:量子点敏化太阳电池(QDSSCs)由于量子点(QDs)具有低生产成本,量子尺寸效应和大的吸光系数等特点受到了研究者的广泛关注。基于碰撞离域效应所产生的热载流子和多激子(MEG),QDSSCs理论效率高达66%。但目前QDSSCs的最高光电转换效率只有11.66%,普遍效率维持在4-6%,单一敏化剂CdS和CdSe QDSSCs效率更是处于2%和1%的低水平。究其原因,除了电解液的因素之外,QDSSCs效率低下的原因主要源于光阳极中电子注入和传输效率差以及对电极(CE)较低的催化活性。本论文针对上述导致QDSSCs效率低下的主要原因展开了以下研究:(1)Mn掺杂闪锌矿结构CdSe QDs增强QDSSCs的性能利用十八烯(ODE)做溶剂,油酸作表面活性剂的无膦合成法成功的获得了纯闪锌矿结构CdSe和Mn掺杂闪锌矿结构CdSe QDs。将所得QDs作为敏化剂封装成QDSSCs,对其光电性质进行比较研究,发现纯闪锌矿结构CdSe QDSSCs的效率为0.94%,而Mn掺杂闪锌矿结构CdSe QDSSCs提升至了 1.84%。电池效率提升的原因主要源于Mn掺杂大尺寸CdSe QDs在QDs导带内产生了长寿命的高能掺杂能级,为快速电荷分离和电子转移提供了一个更有力的驱动力。(2)调控能带结构增强QDSSCs的性能将溶剂热合成的Mn掺杂ZnO纳米线(MZnO)与P25浆料混合,旋涂至氟掺杂氧化锡导电玻璃上(FTO),经高温锻烧形成多孔光阳极膜。随后,利用连续离子层吸附沉积(SILAR)将Mn掺杂CdS QDs(MCdS)沉积在MZnO多孔膜上。MZnO纳米线做光阳极的MCdS QDSSCs光电转换效率达到了2.93%。电池性能的提高源于长寿命的Mn2+激发态能级分别位于ZnO导带内和CdS导带下方,增强了施主和受主态能级的叠加,降低了“势能损耗”,抑制了电荷复合,加速了电子的注入。(3)ZnO圆盘筑入光阳极增强二氧化钛基QDSSCs性能载流子沿氧化锌c轴方向的迁移速率远高于其它方向。利用水热法合成均匀的单晶ZnO圆盘。该圆柱基圆盘直径为1-1.5 μm,厚度为200-300 nm,其主要是沿着垂直于[0001]轴向方向生长,典型的[0001]生长方向受到了抑制。所得ZnO圆盘按照2.5%、5.0%和7.5%三种比例筑入传统的二氧化钛基QDSSCs中作为光阳极。结果表明5%ZnO筑入二氧化钛多孔膜获得了最高达5.36%的CdS/CdSe QDSSCs。QDSSCs性能的增强源于ZnO圆盘的筑入提高了光阳极的导电性。(4)脉冲电压沉积硒化铅薄膜作为对电极获得高性能QDSSCs通过简单灵活的一步脉冲电压电沉积法将硒化铅(PbSe)薄膜沉积在氟掺杂氧化锡导电玻璃上(FTO)并将其作为CdS/CdSe QDSSCs对电极,获得了 4.67%的光电转换效率,优于Pt电极2.39%的效率。QDSSCs性能的增强源于PbSe对电极出众的催化活性,p型导电特性,对残余近红外光的吸收和对入射光的反射。
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