量子点敏化TiO_2基底光阳极太阳能电池的制备及光电性能研究

【摘要】：近些年来,量子点敏化太阳能电池的发展突飞猛进,引入注目。该类型电池是在染料敏化太阳能电池的基础上发展而来的新型太阳能电池,具有广阔的发展和应用前景。二氧化钛(Ti O2)是一种半导体过渡金属氧化物材料,其禁带宽度为3.2e V,具有无毒、无害、耐腐蚀、储量丰富、生产成本低等特点和化学性质稳定,光活性较高、光电化性能优良等优势,被认为是制备和发展太阳能电池的理想材料。本文采用水热法在钛片上制备了二氧化钛纳米晶阵列,研究了生长时间、生长温度对二氧化钛形貌、尺寸的影响,并探讨了二氧化钛光阳极太阳能电池的光电性能。接着,本文采用连续离子层吸附与反应法和电化学沉积法在二氧化钛上沉积硒化镉层,并用巯基丙酸作连接剂修饰Ti O2表面,使Ti O2与Cd Se的联系更加紧密。研究了Cd Se敏化Ti O2太阳能电池的光电性能。另一方面,由于未被Cd Se敏化的Ti O2电极与电解液直接接触,会造成Ti O2的腐蚀和光生电子与空穴的复合,这样一来就会影响电池的光电转换效率。所以,本文将在Cd Se/Ti O2电极的外面增加钝化层(Zn Se,Zn S,Cd S等),形成了不同钝化层包覆的Cd Se/Ti O2光阳极太阳能电池,并对它们的光电性能进行深入的探讨和研究。 【关键词】：量子点 CdSe TiO2纳米晶 钝化层 敏化太阳能电池 连续离子层吸附与反应法
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-26
• 1.1 选题的背景和意义8-11
• 1.1.1 光-热-电转换8-9
• 1.1.2 光-电直接转换9-11
• 1.2 太阳能电池的发展历程11
• 1.3 太阳能电池的分类11-13
• 1.3.1 硅基太阳能电池12
• 1.3.2 薄膜太阳能电池12
• 1.3.3 染料敏化太阳能电池12-13
• 1.4 量子点敏化太阳能电池简介13-14
• 1.4.1 量子点的制备13-14
• 1.4.1.1 金属有机合成法14
• 1.4.1.2 水相直接合成法14
• 1.5 量子点的物理效应14-16
• 1.5.1 表面效应14
• 1.5.2 量子尺寸效应14-15
• 1.5.3 介电限域效应15
• 1.5.4 量子隧道效应15
• 1.5.5 库仑阻塞效应15
• 1.5.6 多重激子效应15-16
• 1.6 量子点在太阳能电池方面的应用16-25
• 1.6.1 量子点敏化太阳电池的结构和基本原理16-19
• 1.6.1.1 量子点太阳电池的结构16-18
• 1.6.1.2 量子点太阳电池的基本原理18-19
• 1.6.2 量子点敏化太阳能电池的光电性能的评价19-21
• 1.6.3 量子点敏化太阳电池的研究进展21-25
• 1.6.3.1 研发廉价的可替代物质21
• 1.6.3.2 进行防护层处理21-22
• 1.6.3.3 掺入杂质离子22
• 1.6.3.4 引入粘结剂分子22-23
• 1.6.3.5 采用连续离子层吸附与反应法制备量子点23-25
• 1.7 本章小结25-26
• 第二章 Cd Se/TiO_2太阳电池光电性能的研究26-35
• 2.1 引言26-27
• 2.2 Cd Se纳米晶敏化TiO_2工作机理27-28
• 2.3 实验部分28-30
• 2.3.1 实验中使用的化学试剂及材料28
• 2.3.2 TiO_2纳米晶半导体膜的制备28-29
• 2.3.3 Cd Se量子点层的制备29-30
• 2.4 结果与讨论30-34
• 2.4.1 SEM电镜照片30-31
• 2.4.2 TiO_2的X射线衍射照片（XRD）31
• 2.4.3 Cd Se/TiO_2样品光电性能曲线31-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 Cd S量子点敏化TiO_2纳米电极太阳电池的制备及其表征35-46
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-37
• 3.2.1 钛片衬底的清洗36
• 3.2.2 二氧化钛纳米晶的制备36
• 3.2.3 连续离子层吸附反应法制备Cd S/TiO_2光阳极36-37
• 3.3 Cd S/TiO_2光阳极太阳能电池的表征和性能测试37-44
• 3.3.1 纳米材料的形貌表征37-38
• 3.3.2 电池的组装38
• 3.3.3 太阳电池的电压-电流密度（J-V）曲线分析38-41
• 3.3.4 太阳电池的电化学阻抗谱分析（EIS）曲线分析41-43
• 3.3.5 太阳电池的光电流曲线分析43-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 多层量子点共敏化太阳能电池的研究46-61
• 4.1 引言46-48
• 4.2 实验仪器与试剂48-50
• 4.2.1 实验仪器48-49
• 4.2.2 实验仪器49-50
• 4.3 主要实验表征设备50-51
• 4.3.1 扫描电子显微镜（SEM）50
• 4.3.2 能谱分析仪（EDS）50-51
• 4.3.3 电化学工作站（Electrochemical workstation）51
• 4.3.4 高亮度氙灯点光源平行光源系统51
• 4.4 Cd Se/TiO_2光阳极的制备51-53
• 4.4.1 水热法生长二氧化钛51-52
• 4.4.2 电化学沉积法沉积硒化镉52-53
• 4.5 多层量子点共敏化光阳极的制备53-54
• 4.5.1 Zn Se/Zn S量子点共敏化Cd Se/TiO_2太阳电池的制备53-54
• 4.5.2 Cd S/Zn Se/Zn S量子点共敏化Cd Se/TiO_2太阳电池的制备54
• 4.6 量子点敏化太阳电池的组装54
• 4.7 结果与讨论54-57
• 4.7.1 Cd Se QD敏化TiO_2纳米晶阵列的形貌、结构和成分分析54-55
• 4.7.2 Zn Se/Zn S QD共敏化Cd Se/TiO_2电极的形貌及组成分析55-56
• 4.7.3 Cd S/Zn Se/Zn S QD敏化Cd Se/TiO_2的形貌及组成分析56-57
• 4.8 量子点太阳能电池的光电性能表征57-60
• 4.8.1 太阳电池的电压-电流密度（J-V）曲线分析57-60
• 4.9 本章小结60-61
• 第五章 本文结论与展望61-63
• 5.1 本文结论61-62
• 5.2 本文展望62-63
• 参考文献63-71
• 攻读硕士期间发表的学术论文和研究成果71-72
• 致谢72

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