界面SAMs层修饰对CdS量子点敏化ZnO纳米棒太阳能电池性能的影响

【摘要】：量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)是兼具低成本和高理论转换效率的第三代太阳能电池之一。但因量子点附着率低以及界面处电子–空穴复合率高,其光电转换效率始终低于染料敏化太阳能电池。而光阳极表面修饰是解决上述问题,提高QDSSCs光电转换效率的有效手段之一。本论文以CdS量子点敏化ZnO纳米棒QDSSCs太阳能电池为研究对象,选用适当的有机自组装分子层(SAMs)修饰ZnO纳米棒光阳极表面,研究其对Zn O光阳极光学性能和QDSSCs光伏性能的影响,并揭示其影响机制。取得的创新性研究结果如下:首先,利用两步CBD法制备了一次生长和二次生长的ZnO纳米棒,并将其作为光阳极材料制作QDSSCs。结果表明二次生长ZnO纳米棒QDSSCs的光电转换效率比一次生长的提高了41%。这是因为:二次生长使ZnO纳米棒的长度变长,衬底上单位面积ZnO纳米棒阵列的表面积增加,其表面上的CdS QDs的附载量相应增加,因而在同样的光照射条件下产生更多的光电子,短路电流密度增大,致使电池光电转换效率提高。其次,用浸泡法在ZnO纳米棒的表面沉积3-PPA SAMs层,研究3-PPA溶液浓度和浸泡时间对QDSSCs光伏性能的影响。当浸泡浓度为0.01M,浸泡时间为1min时,电池的能量转换效率最高(1.36%)。这是因为:3-PPA层修饰有效钝化了ZnO纳米棒表面缺陷,抑制了电子–空穴的复合过程。而紫外光电子能谱(UPS)证实3-PPA层在ZnO和CdS间形成能级势垒,有效阻碍电子的背向过程。再次,用含有相同膦酸头基、不同尾基的SAMs层(3-PPA、BPA、APPA)修饰ZnO纳米棒光阳极。结果表明3-PPA可以有效提高电池效率至1.41%,而BPA和APPA修饰则导致电池效率降低。这是因为三种SAMs层的尾基不同,3-PPA的尾基是-COOH,BPA和APPA的尾基分别是-CH3和-NH2。-COOH是吸电子基团,减小了ZnO的表面功函数,在ZnO和CdS之间形成一个能级势垒,有效地阻碍了电子的背向过程,而-CH3和-NH2是给电子基团,增大了ZnO的表面功函数,不利于光电子的传输。最后,用三种不同的苯甲酸的衍生物,即具有相同的羧酸头基和不同尾基的MBA、BBA和FBA作为SAMs来修饰ZnO纳米棒表面。MBA/ZnO和BBA/ZnO的界面偶极矩都是朝着ZnO表面的,因此MBA/ZnO和BBA/ZnO的功函数减小,即在CdS和ZnO之间形成了一个能级势垒,有效地阻碍电子的背向过程,使得电池效率提高。而FBA/ZnO的界面偶极矩都是背向ZnO表面的,因此FBA/ZnO的功函数增大,使ZnO和CdS间带阶增大,不利于光生电子的传输,导致电池效率降低。 【关键词】：界面修饰 自组装分子层 表面缺陷 能级障碍 功函数
【学位授予单位】：吉林师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 引言10-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 量子点敏化太阳能电池的研究背景12
• 1.2 量子点敏化太阳能电池的基本结构12-17
• 1.2.1 光阳极13-14
• 1.2.2 量子点材料14-15
• 1.2.3 电解质材料15-16
• 1.2.4 对电极材料16-17
• 1.3 量子点敏化太阳能电池的工作原理17-18
• 1.4 量子点敏化太阳能电池的研究现状18-20
• 1.5 自组装分子层的界面修饰20-22
• 1.6 本论文的研究内容和意义22-24
• 第二章 样品的制备和测试24-33
• 2.1 引言24
• 2.2 实验原料和仪器24-25
• 2.2.1 实验原料24-25
• 2.2.2 设备和仪器25
• 2.3 量子点敏化太阳能电池体系的制备过程25-26
• 2.3.1 两步化学水浴沉积法制备ZnO纳米棒25
• 2.3.2 SAMs膜的沉积25
• 2.3.3 在ZnO纳米棒表面原位生长量子点25-26
• 2.3.4 组装原型太阳能电池26
• 2.4 表征手段26-33
• 2.4.1 X射线衍射（XRD）26
• 2.4.2 扫描电子显微镜（SEM）26-27
• 2.4.3 透射电子显微镜（TEM）27-28
• 2.4.4 X射线光电子能谱（XPS）28
• 2.4.5 水接触角测试28-29
• 2.4.6 光致发光光谱分析（PL）29
• 2.4.7 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）29-30
• 2.4.8 紫外光电子能谱（UPS）30-31
• 2.4.9 太阳光模拟器（Solar Simulator）31
• 2.4.10 IQE200内外量子点效率测试31-33
• 第三章 二次生长ZnO纳米棒增强QDSSCs的光伏性能33-41
• 3.1 引言33
• 3.2 二次生长ZnO纳米棒的制备和电池的组装33-34
• 3.3 二次生长ZnO纳米棒的结构表征34-37
• 3.4 二次生长ZnO纳米棒的光学性质37-38
• 3.5 二次生长ZnO纳米棒对QDSSCs光伏性能的影响38-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 3-PPA SAMs层对QDSSCs光伏性能的影响41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 3-PAA修饰ZnO纳米棒的制备41-42
• 4.3 3-PAA修饰ZnO纳米棒后的结构表征42-46
• 4.4 3-PAA修饰ZnO纳米棒后的光学性质46-48
• 4.5 3-PAA修饰ZnO纳米棒对QDSSCs光伏性能的影响48-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 不同尾基SAMs层修饰ZnO光阳极对QDSSCs光伏性能的影响54-66
• 5.1 引言54
• 5.2 三种不同SAMs修饰ZnO纳米棒的制备54-55
• 5.3 三种不同的SAMs修饰ZnO纳米棒后的结构表征55-60
• 5.4 SAMs修饰ZnO纳米棒后的光学性质60-62
• 5.5 SAMs修饰ZnO纳米棒对QDSSCs光伏性能的影响62-65
• 5.6 本章小结65-66
• 第六章 不同苯甲酸衍生物修饰ZnO光阳极对QDSSCs光伏性能的影响66-74
• 6.1 引言66
• 6.2 不同苯甲酸衍生物修饰ZnO纳米棒的制备66-67
• 6.3 不同苯甲酸衍生物修饰ZnO纳米棒后的结构表征67-68
• 6.4 不同苯甲酸衍生物修饰ZnO纳米棒后的光学性质68-70
• 6.5 不同苯甲酸衍生物修饰ZnO纳米棒对QDSSCs光伏性能的影响70-73
• 6.6 本章小结73-74
• 结论74-75
• 参考文献75-88
• 攻读硕士学位期间发表的主要科研成果88-90
• 后记90

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

扫描隧道显微镜和扫描电子显微镜的联用    杨晶;

基于石墨烯/PEDOT∶PSS叠层薄膜的柔性OLED器件    吴晓晓;李福山;吴薇;郭太良;

石墨烯/高分子复合薄膜的制备及应用    于小雯;石高全;

ZnO纳米线/大孔SiO_2复合物的制备及吸附性能    李雪飞;尚传洋;张瑞丰;

石墨烯在表面工程领域的研究进展    耿浩;李金华;刘宣勇;

扫描电子显微镜在摩擦学研究中的应用    杨宏伟;赵鹏程;吴超;费逸伟;魏贤勇;

电子显微技术在纳米材料研究中的应用    周莉;吴海艳;臧树良;

石墨烯的功能化研究进展    吕生华;刘晶晶;崔亚亚;杨文强;

石墨烯透明导电薄膜的研究进展    刘湘梅;龙庆;赵强;刘淑娟;黄维;

石墨烯在光电器件中的应用    陈伟;李福山;郭太良;

Enhanced Electrocatalytic Activity by RGO/MWCNTs/NiO Counter Electrode for Dye-sensitized Solar Cells    Majid Raissan Al-bahrani;Waqar Ahmad;Hadja Fatima Mehnane;Ying Chen;Ze Cheng;Yihua Gao;

电子型导电高分子生化传感器的构建及其农业应用基础研究    文阳平

ZnO微纳结构制备及光学性能研究    梁志强

化学还原石墨烯的制备、组装及电化学性能研究    常云珍

掺杂ZnO（ZYO，ZMEO）和ZnO纳米复合材料（MgO/ZnO，Ag/ZNTs）的光学性能研究    高铭

介观太阳能电池碳对电极研究    刘广辉

α-Fe_2O_3基复合光催化剂的制备及其降解甲苯性能的研究    李红

量子点敏化TiO_2纳米晶太阳能电池的电极结构与性能研究    隋小涛

化学气相沉积法生长高质量石墨烯及其光电性能研究    吴天如

石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究    盛凯旋

染料吸附后的界面修饰与复合敏化及其光伏特性的研究    高瑞

染料敏化太阳能电池中新型对电极的优化设计    赵兴

基于含铟层状双金属氢氧化物的光催化材料制备及其催化性能    刘倩

对用保角变换法解静电问题的一些看法    陈浩，何宝鹏

扫描探针显微术与纳米科技    尹世忠,赵喜梅

ZnO纳米晶体的同轴送氧激光制备及其特性    鲁金忠;张永康;周骏;孔德军;任旭东;葛涛;

ZnO纳米四脚状阵列电极染料敏化太阳能电池    冯跃军;庞起;何军;梁春杰;周立亚;

Zn基ZnO纳米棒阵列的制备和发光特性    王金芳;孙晓燕;刘长友;介万奇;

Zn纳米粒子/ZnO纳米棒的光催化降解特性    洪勇;王树林;李来强;徐波;韩光强;

ZnO纳米棒阵列膜的制备及其光电化学性能研究    王海锋;王树林;蹇敦亮;陈海燕;丁浩冉;

滚筒刷状ZnO纳米结构宏观体的制备及表征    许玉娥;杜甲印;

ZnO纳米棒阵列的可控生长与表征    魏琳;张光华;李康;焦军;陈延学;

多孔ZnO纳米片的制备及气敏性能研究    巩飞龙;张永辉;肖元化;卢灵珍;张爱勤;李峰;

水热法可控合成ZnO纳米棒及其光催化性能研究    卢红霞;於秀君;韩艳丽;范冰冰;

电化学方法制备ZnO纳米颗粒掺杂类金刚石薄膜及其场发射性能研究    张培增;李瑞山;谢二庆;杨华;王璇;王涛;冯有才;

ZnO纳米球制备染料敏化太阳能电池电极的研究    武丽慧;张永哲;韩立中;康翠萍;谢二庆;

维度变化导致ZnO纳米带出现金属性    王秀军;陈冠华;

低温湿化学法制备ZnO纳米棒阵列膜    王玉新;李新勇;

ZnO纳米晶的拉曼光谱    吴尝;朱克荣;周广东;

种子层对染料敏化ZnO纳米棒光伏电池性能的影响    王明军;方国家;艾磊;刘逆霜;高慧敏;赵兴中;

丝网印刷ZnO纳米锥场发射特性研究    于灵敏;朱长纯;

ZnO纳米碟的发光与Raman光谱图像    徐春祥;朱光平;J.Kasim;李欣;陈瑞添;杨仪;申泽骧;孙小卫;

单一前驱体溶剂热法制备花样ZnO纳米结构    孔林;王亮;杨家祥;许献云;周虹屏;吴杰颖;田玉鹏;

ZnO纳米棒阵列/CdS纳米晶复合结构的制备及其光电性质    韩啸;程轲;张电波;师清;戴树玺;杜祖亮;

特殊ZnO纳米结构的自组装合成与表征    黄在银;谭学才;袁爱群;吴健;周泽广;

基于ZnO纳米棒的核/壳纳米异质阵列的制备和光学特性    杨琴

ZnO纳米粒子的制备及其表面光电特性的研究    林艳红

SiO_2包埋的ZnO纳米粒子的制备及其结构和光学特性研究    刘玉学

掺杂ZnO（ZYO，ZMEO）和ZnO纳米复合材料（MgO/ZnO，Ag/ZNTs）的光学性能研究    高铭

ZnO纳米结构的制备、表征及其光学性质研究    范东华

ZnO纳米结构形态调控与表面光电性能研究    杨峰

ZnO纳米晶的修饰、自组装及光学性质研究    董林

零维Ge和一维ZnO纳米结构与器件    万青

ZnO纳米薄膜和纳米棒的制备及其掺杂改性研究    Musbah Hamed Babikier Elmahi

溶液燃烧法制备ZnO纳米结构及光催化性能研究    程烯

以ZnO纳米棒阵列薄膜为光阳极的染料敏化太阳能电池研究    吴彩平

ZnO纳米柱结构的制备与改性及其在太阳能电池中的应用    奚洪亮

界面SAMs层修饰对CdS量子点敏化ZnO纳米棒太阳能电池性能的影响    陈钢

垂直ZnO纳米棒阵列的水溶液法可控生长及N掺杂ZnO薄膜的电学机制研究    李庆伟

ZnO纳米棒阵列制备及染料敏化太阳能电池研究    张晓楠

一维有序ZnO纳米棒阵列薄膜的制备及应用    刘然

一维ZnO纳米结构的光电特性及表面改性研究    王恬

ZnO纳米结构的制备及其发光特性研究    孙伟

ZnO纳米片网络结构和Ge纳米棒阵列的制备及其气敏和场发射性能研究    赵青