本文選題：納米棒　切入點(diǎn)：量子點(diǎn)　出處：《廣西大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近年來,納米材料已成為光伏器件的重要組成材料。量子點(diǎn)敏化太陽能電池(QDSSCs)作為第三代太陽能光伏電池,是目前最尖端的太陽能電池之一。為了滿足對(duì)清潔能源的需求,急需探索新方法捕獲具有高轉(zhuǎn)化效率的入射光子,以提高QDSSCs光電性能。一維納米結(jié)構(gòu)的ZnO納米半導(dǎo)體材料具有良好的帶隙能及較高的電子遷移率等優(yōu)點(diǎn),是重要的光伏半導(dǎo)體材料。但目前量子點(diǎn)敏化ZnO光電陽極的形式單一且轉(zhuǎn)化效率不高,因此,本論文采用水熱法制備ZnO納米棒,以CdS量子點(diǎn)敏化ZnO納米棒(ZnO/CdS)光電陽極為研究重點(diǎn),分別對(duì)CdS量子點(diǎn)、ZnO納米棒及ZnO/CdS界面層進(jìn)行改性,分別制備了 ZnO/CdS、ZnO/CdSe@CdS、ZnO/ZnS/CdS及TiO_2/ZnO/CdS光電陽極材料;以ZnO/CdS作為光電陽極,制備了 TiO_2/PbS納米管并首次被用作對(duì)電極材料,研究了由它們組裝的QDSSCs的光電性能。本文通過X射線衍射(XRD)、電子掃描電鏡(SEM)、高倍透射電鏡(HRTEM)、紫外吸收光譜(UV-vis)、熒光發(fā)射光譜(PL)及傅立葉紅外光譜(FT-IR)等方法對(duì)制備的量子點(diǎn)、光電陽極及對(duì)電極材料進(jìn)行表征分析。通過使用ECS電化學(xué)工作站以及IV特性測試系統(tǒng)等研究分析了QDSSCs系統(tǒng)的光電性能。結(jié)論如下:(1)通過一步水相法以L-半胱氨酸為穩(wěn)定劑合成了水溶性的CdS量子點(diǎn),通過控制反應(yīng)回流時(shí)間得到了不同尺寸的CdS量子點(diǎn),采用直接吸附法(DA)制備得到ZnO/CdS光電陽極材料。隨著CdS量子點(diǎn)合成時(shí)間的延長,CdS量子點(diǎn)粒徑增大,量子點(diǎn)吸收范圍拓寬,提高了 ZnO/CdS光電陽極的光捕獲能力。由ZnO/CdS光電陽極組裝的太陽能電池在360-480 nm范圍內(nèi)量子效率最大值達(dá)到24.16%,且光電轉(zhuǎn)化效率最大值達(dá)到0.67%,是未敏化的ZnO光電陽極組裝的太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的2.5倍。(2)利用一步水相法合成了由巰基丙酸(MPA)穩(wěn)定的CdSe@CdS核殼量子點(diǎn),并使用DA法制備得到ZnO/CdSe@CdS光電陽極材料。CdSe@CdS核殼量子點(diǎn)形貌近似球形,平均尺寸為5-6nm。當(dāng)CdSe@CdS量子點(diǎn)敏化時(shí)間為6 h時(shí),ZnO/CdSe@CdS(6 h)光電陽極材料組裝的太陽能電池的量子效率在540 nm附近達(dá)到最大值52.87%,且光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最大值1.21%,是未敏化的ZnO光電陽極組裝的太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的4.13 倍。(3)利用連續(xù)離子層吸附反應(yīng)法(SILAR)制備得到ZnO/ZnS,并利用DA法制備得到ZnO/ZnS/CdS光電陽極。當(dāng)ZnS致密層沉積周期為9時(shí),ZnO/ZnS(9)/CdS光電陽極組裝的太陽能電池的量子效率在波長為300-550 nm范圍內(nèi)達(dá)到最大值30.80%,且光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最大值1.53%,分別是未敏化的ZnO納米棒和ZnO/CdS光電陽極組裝的太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的6倍和3倍。說明適當(dāng)厚度的ZnS層不僅會(huì)抑制電子與空穴的復(fù)合反應(yīng),而且會(huì)有效鈍化ZnO納米棒表面,增加CdS量子點(diǎn)的負(fù)載量,提高光電陽極的光捕獲能力,進(jìn)而增強(qiáng)QDSSCs的光電性能。(4)利用陽極氧化法合成了排列高度有序的TiO_2納米管陣列,通過水熱法合成了 TiO_2/ZnO納米復(fù)合材料,采用SILAR法制備得到TiO_2/ZnO/CdS光電陽極。當(dāng)ZnO沉積時(shí)間為3h時(shí),TiO_2/Zn0(3h)光電陽極組裝的太陽能電池的量子效率達(dá)到最大值12.32%,且光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最大值0.33%,分別是TiO_2納米管和ZnO納米棒光電陽極組裝的太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的2.78倍和1.64倍。此外,當(dāng)CdS量子點(diǎn)沉積周期為6時(shí),由TiO_2/ZnO/CdS(6)光電陽極組裝的太陽能電池的量子效率在360-600 nm范圍內(nèi)達(dá)到最大值40.00%,且光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最大值2.71%,是TiO_2/ZnO及ZnO光電陽極組裝的太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的8.21倍和13.55倍。(5)利用陽極氧化法合成了排列高度有序的TiO_2納米管陣列,采用SILAR法制備得到TiO_2/PbS復(fù)合材料,以此作為對(duì)電極,并以ZnO/CdS作為光電陽極組裝成了 QDSSCs。當(dāng)PbS量子點(diǎn)沉積周期為6時(shí),TiO_2/PbS(6)對(duì)電極組裝的太陽能電池的量子效率在375-475 nm范圍內(nèi)達(dá)到最大值22.21%,且光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最大值0.65%,分別是Pt片和TiO_2對(duì)電極組裝的太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的4.41和2.28倍。說明合成的TiO_2/PbS對(duì)電極在硫化物電解質(zhì)溶液中表現(xiàn)出了良好的電催化活性和較好的導(dǎo)電性。
[Abstract]:In recent years, nano materials has become an important part of photovoltaic material. Quantum dot sensitized solar cell (QDSSCs) as the third generation of solar cells, solar cell is one of the most advanced at present. In order to meet the demand for clean energy, the urgent need to explore new methods to capture the incident photon with high conversion efficiency, in order to improve the photoelectric performance QDSSCs. ZnO nano semiconductor material with 1D structure band gap and higher good electron transfer rate and other advantages, the PV is an important semiconductor material. But the quantum dot sensitized anode and the form of a single ZnO photoelectric conversion efficiency is not high, therefore, the preparation of ZnO nanorods by hydrothermal method, using CdS quantum dot sensitized ZnO nanorods (ZnO/CdS) photoelectric anode as the research focus, respectively for CdS quantum dots, ZnO nanorods and ZnO/CdS interface layer was modified, were prepared by the ZnO/ CdS, ZnO/CdSe@Cd S, ZnO/ZnS/CdS and TiO_2/ZnO/CdS photoelectric anode materials; using ZnO/CdS as photoelectric anode, preparation of TiO_2/PbS nanotubes and the first to be used as the electrode material, photoelectric properties are studied by QDSSCs. They are assembled by X ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), purple absorption spectrum (UV-vis), fluorescence emission spectra (PL) and Fu Liye (FT-IR) infrared spectroscopy and other methods of preparing quantum dots, photoelectric characterization and analysis of anode electrode material. The photoelectric properties of QDSSCs system are analyzed by using ECS to study electrochemical workstation and IV characteristics testing system. The conclusions are as follows: (1) by one-step stabilizer synthesis of water-soluble CdS quantum dots with L- cysteine, reflux time was obtained by controlling the reaction of CdS quantum dots of different sizes, using direct absorption method (DA) was prepared by ZnO/CdS light Anode material. With the extension of CdS quantum dots synthesized the CdS quantum dots QDs particle size increased, absorption range widening, improve the ZnO/CdS photoelectric anode light trapping ability. The solar cell assembled by ZnO/CdS photoanode in range of 360-480 nm maximum quantum efficiency up to 24.16%, and the photoelectric conversion efficiency reached maximum value 0.67%, is 2.5 times the solar photoelectric conversion efficiency of ZnO photoelectric anode assembly without sensitization. (2) by one-step synthesis by mercaptopropionic acid (MPA) CdSe@CdS core-shell quantum dots is stable, and the use of DA prepared ZnO/CdSe@CdS photo anode material of.CdSe@CdS core-shell quantum dots spherical morphology, average the size of 5-6nm. when the CdSe@CdS quantum dot sensitized time was 6 h, ZnO/CdSe@CdS (6 h) quantum efficiency of solar battery assembly of the photoelectric anode material reaches the maximum value of 52.87% at around 540 nm, and the light The electric conversion efficiency reaches the maximum value of 1.21%, is 4.13 times the solar photoelectric conversion efficiency of ZnO photoelectric anode assembly without sensitization. (3) using SILAR method (SILAR) was prepared by ZnO/ZnS, and the use of DA prepared ZnO/ZnS/CdS photoanode. When ZnS dense layer deposition cycle was 9. ZnO/ZnS (9) quantum efficiency of /CdS solar cell photoelectric assembly of the anode in the wavelength reaches the maximum value of 30.80% in the range of 300-550 nm, and the photoelectric conversion efficiency reaches the maximum value of 1.53%, which is 6 times the solar photoelectric conversion efficiency of ZnO nanorods and ZnO/CdS photo anode assembly without sensitization and 3 times. The complex reaction of ZnS the appropriate thickness of the layer will not only inhibit the electron and hole, and effective passivation of ZnO nanorods, increase the load of CdS quantum dots, improve the photoelectric anode ability to capture light, and enhanced light QDSSCs Electrical properties. (4) are highly ordered TiO_2 nanotube arrays were prepared by anodic oxidation of TiO_2/ZnO nano composite materials were synthesized by hydrothermal method, using SILAR prepared TiO_2/ZnO/CdS photoanode. When ZnO deposition time was 3h, TiO_2/Zn0 (3H) quantum efficiency of solar battery photoelectric anode assembly of the maximum 12.32%, and the photoelectric conversion efficiency reaches the maximum value of 0.33%, which is 2.78 times the solar photoelectric conversion efficiency of TiO_2 nanotubes and ZnO nanorods and the photoelectric anode assembly 1.64 times. In addition, when the CdS quantum dots deposited for a period of 6 weeks, by TiO_2/ZnO/CdS (6) quantum efficiency of solar battery photoelectric anode assembly of the maximum 40% in the range of 360-600 nm, and the photoelectric conversion efficiency reaches the maximum value of 2.71%, is 8.21 times the solar photoelectric conversion efficiency of TiO_2/ZnO and ZnO of the photoelectric anode assembly and 13.55 times . (5) are highly ordered TiO_2 nanotube arrays were prepared by anodic oxidation method, using SILAR prepared TiO_2/PbS composite material as electrode, and ZnO/CdS as the photoelectric anode assembly into QDSSCs. when PbS quantum dot deposition cycle is 6, TiO_2/PbS (6) quantum efficiency for the solar cell electrode assembly the maximum value of 22.21% in the range of 375-475 nm, and the photoelectric conversion efficiency reaches the maximum value of 0.65%, respectively, the photoelectric conversion efficiency of solar cell Pt and TiO_2 on the electrode assembly of the 4.41 and 2.28 times. The synthesis of TiO_2/ PbS on the electrode in the sulfide electrolyte solution showed good electrocatalytic activity and good conductive.

【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM914.4

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