基于一维TiO_2量子点敏化太阳能电池的制备

【摘要】：量子点具有独特的光电性能,不同尺寸和组成的量子点可吸收不同能量的光子产生多种波长的光,在生物标记、光电器件和太阳能电池领域具有重要的应用。量子点太阳能电池的理论转换效率可达44%,但目前的实验结果远远低于理论预测值。 本论文研究了量子点敏化纳米晶太阳能电池的制备工艺。合成了一维二氧化钛结构,利用连续离子吸附反应法直接沉积CdS/CdSe量子点到二氧化钛光阳极,优化电解液和对电极组装成完整电池,通过结构和性能的改进,提高了电池的效率。本论文还尝试了环境友好型纳米晶FeS2的合成,其吸收谱带与太阳光谱重合率高,对制备的电池进行了性能测试与特性表征。 本文的主要研究内容和结论包括以下三个方面： (1)通过阳极氧化金属钛片的方法,在恒定电位和室温下,改变持续时间,获得了不同形貌的锐钛矿二氧化钛纳米管。利用水热法一步合成了生长在透明FTO玻璃上的锐钛矿二氧化钛纳米线,是制备太阳能电池的基础。 (2)利用连续离子层吸附法,将CdS/CdSe量子点沉积到一维二氧化钛结构上。配置多硫电解液和对电极,组装成三明治结构的太阳能电池。考察三种对电极对光电性能的影响,发现相比传统的Pt电极,CoS/CuS电极工艺简单,成本低廉,性能优异。通过比较太阳光从光阳极和对电极入射的结果,实现了光阳极入射方式较优的光电性能,其短路电流密度为6.40mA/cm2。 (3)采用烧瓶溶剂法和水热法制备了粒径分别为40-50nm和5-10nm的黄铁矿FeS2纳米晶,将其沉积在一维二氧化钛上制备成敏化电池,得到短路电流密度和开路电压分别为5.2μA/cm2和26mV。 【关键词】：一维二氧化钛 量子点 FeS_2纳米晶 敏化太阳能电池
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 研究背景与课题来源10-11
• 1.2 半导体纳米晶的基本概念11-12
• 1.3 敏化太阳能电池的原理和结构12-14
• 1.4 量子点在太阳能电池中的应用效应14-17
• 1.4.1 禁带宽度可调效应15
• 1.4.2 冲击离化效应及俄歇复合效应15-17
• 1.4.3 微带效应17
• 1.5 量子点敏化太阳能电池的研究现状17-23
• 1.5.1 量子点材料的选择与匹配18-19
• 1.5.2 量子点的合成与敏化19-20
• 1.5.3 纳米结构光阳极20-22
• 1.5.4 电解质22
• 1.5.5 对电极的研究22-23
• 1.6 研究内容和意义23-25
• 第2章 实验方法及表征手段25-34
• 2.1 实验药品与实验设备25-26
• 2.2 电池材料及性能的表征26-32
• 2.2.1 纳米颗粒的表征26-29
• 2.2.2 太阳能电池性能的表征29-32
• 2.3 本章小结32-34
• 第3章 一维TiO_2光阳极的制备34-51
• 3.1 前言34-36
• 3.2 有机电解质制备TiO_2纳米管36-43
• 3.2.1 实验过程36
• 3.2.2 实验现象36-37
• 3.2.3 二氧化钛纳米管阵列薄膜的表征与分析37-40
• 3.2.4 二氧化钛纳米管生成机理分析40-43
• 3.3 二氧化钛纳米管薄膜的脱落43-47
• 3.3.1 实验过程43-44
• 3.3.2 热处理前的二氧化钛纳米管阵列薄膜44-47
• 3.4 水热法制备TiO_2纳米线47-50
• 3.4.1 实验过程47-48
• 3.4.2 二氧化钛纳米线的表征与分析48-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 基于一维TiO_2量子点敏化太阳能电池的制备51-66
• 4.1 引言51-52
• 4.2 实验过程52-54
• 4.2.1 CdS/CdSe量子点的合成52-53
• 4.2.2 电解质的配置53
• 4.2.3 Pt和CoS/CuS对电极的制备53
• 4.2.4 电池的封装53-54
• 4.3 结果与讨论54-65
• 4.3.1 不同对电极电池性能比较54-56
• 4.3.2 不同氧化时间二氧化钛光阳极量子点敏化电池性能研究56-61
• 4.3.4 基于透明FTO玻璃TiO_2纳米线光阳极的太阳能电池61-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 窄带系量子点FeS_2敏化太阳能电池研究66-73
• 5.1 前言66-67
• 5.2 烧瓶溶剂热法制备FeS_2黄铁矿纳米晶67-69
• 5.2.1 实验过程67-68
• 5.2.2 FeS_2黄铁矿纳米晶的形貌分析68-69
• 5.3 水热法制备FeS_2黄铁矿纳米晶69-71
• 5.3.1 实验过程69-70
• 5.3.2 水热法制备FeS_2相结构和形貌表征70-71
• 5.4 FeS_2敏化太阳能电池的制备71-72
• 5.4.1 实验过程71-72
• 5.4.2 结果分析72
• 5.5 本章小结72-73
• 第6章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73-74
• 6.2 创新点74
• 6.3 展望74-75
• 参考文献75-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士期间发表论文与奖励83

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