【摘要】：全球能源危機(jī)促進(jìn)了量子點(diǎn)敏化太陽能電池(QDSSCs)的發(fā)展。目前,優(yōu)化QDSSCs的器件結(jié)構(gòu)并提高其光伏性能已然成為各國學(xué)者的研究熱點(diǎn)。石墨烯優(yōu)異的光、電、力學(xué)性能與太陽能電池所需材料高度吻合,因此,人們紛紛試圖將石墨烯基復(fù)合物材料應(yīng)用到太陽能電池的光電陽極和對(duì)電極中,研究其對(duì)QDSSCs光伏性能的影響。本文從提高QDSSCs光伏性能出發(fā),采用CdS量子點(diǎn)(QDs)作為光敏化劑;以石墨烯基復(fù)合物為主線;將石墨烯分別摻入Ti02和NiS中作為光陽極和對(duì)電極材料,探究石墨烯的摻入對(duì)CdS QDSSCs光伏性能的影響。通過X射線衍射儀(XRD)、場發(fā)射掃描電鏡(SEM)、能譜定量分析儀(EDS)、高倍透射電子顯微鏡(HRTEM)、傅里葉紅外光譜儀(FTIR)、拉曼光譜儀(Raman)、紫外可見分光光度計(jì)(UV-vis)、ECS電化學(xué)工作站以及伏安特性曲線(J-V)等測試設(shè)備對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中所制備的樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)和光伏性能分析。本文相關(guān)研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)采用一步水熱法在摻氟Sn02(FTO)導(dǎo)電玻璃表面生長出整齊有序的金紅石相Ti02納米陣列(NRs)。將不同比例的氧化石墨烯(GO,采用改進(jìn)的Hummers法制備)與銳鈦礦相Ti02顆�；旌暇鶆蚝笤倥cTiO2 NRs進(jìn)行復(fù)合,經(jīng)熱還原后得到石墨烯(rGO)/銳鈦礦-金紅石相TiO2光陽極并將其與Cu2S、Pt對(duì)電極組裝成太陽能電池。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn),銳鈦礦-金紅石相TiOO2光陽極(TGr0)組成的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率是純金紅石相TiO2 NRs的1.77倍。當(dāng)與金紅石相Ti02NRs進(jìn)行復(fù)合的GO/銳鈦礦相TiO2混合物的比例為5%時(shí),與之對(duì)應(yīng)的光陽極(TGr5)達(dá)到最高光電轉(zhuǎn)化效率1.26%,分別是純TiO2 NRs和TGr0光陽極的2.93倍和1.66倍。而以Pt為對(duì)電極得到的光電轉(zhuǎn)化效率為0.88%,相比于Cu2S降低了 30.16%。(2)采用連續(xù)離子層吸附法(SILAR)將CdSQDs負(fù)載到TGr5光陽極表面。通過測試發(fā)現(xiàn),當(dāng)CdS QDs的循環(huán)敏化周期為10時(shí),其與Cu2S對(duì)電極組裝的CdS QDSSC達(dá)到了最大光電轉(zhuǎn)化效率2.20%,是未敏化TGr5光陽極的1.75倍。再將TiO2 NRs和摻雜了不同rGO含量的銳鈦礦-金紅石相Ti02光陽極分別用CdS QDs循環(huán)敏化10個(gè)周期并組裝成太陽能電池。測試結(jié)果表明,TGr5光陽極組裝的CdS QDSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率仍為最高,分別是TiO2 NRs(0.79%)和TGr0(1.47%)的2.78 倍和 1.50 倍,而以Pt為對(duì)電極后得到的光電轉(zhuǎn)化效率為1.32%,相比于Cu2S降低了 40.00%。(3)通過水熱反應(yīng)法制備出純NiS納米顆粒以及不同rGO含量的rGO/NiS復(fù)合物制備成對(duì)電極,以經(jīng)過CdS QDs循環(huán)敏化10個(gè)周期后的TGr5作為光陽極并組裝成太陽能電池。測試結(jié)果表明當(dāng)水熱反應(yīng)中GO溶液的濃度為1 mg/mL時(shí),所制備出的rGO/NiS復(fù)合物對(duì)電極組裝的太陽能電池達(dá)到最大的光電轉(zhuǎn)化效率2.47%,分別是Pt(1.32%)、Cu2S(2.20%)和純NiS對(duì)電極(2.03%)的1.87、1.12和1.22倍。
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM914.4
【圖文】：

１．３．１量子點(diǎn)敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)及機(jī)理逡逑ＱＤＳＳＣｓ的結(jié)構(gòu)與ＤＳＳＣｓ十分相似，完美的ＱＤＳＳＣｓ的結(jié)構(gòu)包括光陽極、量子點(diǎn)、逡逑電解質(zhì)和對(duì)電極，如圖１－１所示。ＱＤＳＳＣｓ和ＤＳＳＣｓ的光陽極通常以ＦＴＯ或氧化銦錫逡逑（ＩＴＯ）透明導(dǎo)電玻璃為基底，這樣的透明基底既有利于吸收光通過又可以收集太陽能逡逑電池內(nèi)部產(chǎn)生的空穴�；咨细街氖荏w材料一般為寬禁帶的介孔半導(dǎo)體材料，其特有逡逑的多孔結(jié)構(gòu)還可以為量子點(diǎn)的緊密吸附提供條件，如Ｔｉ０２和ＺｎＯ等。目前使ＱＤＳＳＣｓ逡逑達(dá)到最高光電流密度的電解質(zhì)是以水為溶劑的多硫化物電解液，但其也有一定的缺陷，逡逑水分子容易揮發(fā)的特性和其本身存在的ｐＨ值會(huì)對(duì)受體材料的能帶和表面缺陷造成一定逡逑影響。催化活性好和導(dǎo)電性能好的材料則常作為ＱＤＳＳＣｓ的對(duì)電極，如Ｐｔ、Ａｕ以及一逡逑些改性材料。逡逑３逡逑

廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文邐石\梯？基復(fù)合物在ＣｄＳ量子點(diǎn)敏ｔｔ太陽能電－池里的研究與應(yīng)用逡逑ＱＤＳＳＣｓ的曲線如圖１－２所示，圖中＾表示ＱＤＳＳＣｓ的開路電壓；人代表其逡逑短路電流密度；當(dāng)開路電壓和短路電流密度達(dá)到最佳時(shí)（分別用廠？，和表示），得到逡逑ＱＤＳＳＣｓ的最大輸出功率尸，？0ｘ，其公式如１－２所示；填充因子（ＦＦ）是ＱＤＳＳＣｓ的Ｊ－Ｆ逡逑特性曲線內(nèi)所含最大功率面積與開路短路相應(yīng)的矩形面積（理想形狀）比較的量度，對(duì)逡逑應(yīng)的計(jì)算公式如１－３所示；ＱＤＳＳＣｓ的光電轉(zhuǎn)化效率；／的計(jì)算公式如１－４所示，式中包含逡逑了上述提到的所有參數(shù)值。由此可見，將電池中的各項(xiàng)參數(shù)值最大化對(duì)提高ＱＤＳＳＣｓ的逡逑光電轉(zhuǎn)化效率至關(guān)重要。逡逑／Ｐ＾（0／0）邋＝邋＾－0－Ｘ１２４0ＸＪ－逡逑＇邐叫邐（１－１）逡逑４＝人邋ｘ邋匕邐（１．２）逡逑ｎ邐—ＪｍｘＶｍ逡逑￣Ｊ邋ＸＶ邋￣Ｊ邐ＸＶ逡逑５Ｃ邋＂邐＂邋Ｘ邐（１－３）逡逑ｐ邋ＦＦ邋ｘ邋Ｉ邋ｘＶ逡逑ｎ（0／０）＝ｆｊｉ．＝邐：ｃ邐欠邋ｘｌＯＯ％逡逑１邐Ｐ邐Ｐ逡逑ｍ邐ｍ邐（１－４）逡逑１１１邋｜ｍｉ邋ｉｉ，逡逑Ｉ邐Ｐ逡逑＼逡逑＼逡逑ｌ邐＼逡逑１邋＼逡逑

相Ｔｉ０２邋（３．０ｅＶ），這是因?yàn)殇J鈦礦和金紅石相Ｔｉ０２結(jié)構(gòu)中的鈦氧八面（Ｔｉ０６）單元的逡逑連接方式不同。銳鈦礦相Ｔｉ０２為共邊八面體，而金紅石相則由共邊和共頂點(diǎn)的八面體逡逑連接形成，其結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定［４Ｇ］。如圖１－３中的（ａ）和（ｂ）分別展示了邋Ｔｉ０２的銳鈦礦和逡逑金紅石相結(jié)構(gòu)，圖中也可觀察到兩種晶型均屬于四方晶系。逡逑分－？栙p哄義賢跡保沖澹裕

本文編號(hào)：2791188