太陽(yáng)能作為一種可再生能源,儲(chǔ)量豐富、分布廣泛,通過(guò)光伏器件可實(shí)現(xiàn)光能轉(zhuǎn)換為電能。量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池（QDSSCs）因具有多激子效應(yīng)、禁帶寬度可調(diào)節(jié)、成本低及理論效率高的特點(diǎn)引起了研究學(xué)者們的廣泛關(guān)注。然而,QDSSCs的光陽(yáng)極存在量子點(diǎn)（QD）負(fù)載率低、電子傳輸阻力大、界面電荷復(fù)合嚴(yán)重以及吸光范圍窄等問(wèn)題,電池的實(shí)際光電轉(zhuǎn)換效率與理論光電轉(zhuǎn)化效率仍存在較大差距,因此如何提升其光電轉(zhuǎn)換效率具有重要研究意義。考慮到光陽(yáng)極與光收集、電子注入和電子傳輸過(guò)程密切相關(guān),本論文圍繞光陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開(kāi)研究。針對(duì)量子點(diǎn)負(fù)載率低、界面電荷復(fù)合嚴(yán)重等問(wèn)題,設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了多種具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的光陽(yáng)極,系統(tǒng)分析了光陽(yáng)極結(jié)構(gòu)對(duì)QDSSCs性能的影響。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:（1）為了提高光陽(yáng)極的比表面積以及電子傳輸效率,制備了一種上層為T(mén)iO₂微米花,下層為T(mén)iO₂分級(jí)多孔納米顆粒的雙層結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極。TiO₂納米顆粒的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)不但增加了電子傳輸通道,而且提高了光陽(yáng)極的比表面積。由納米棒組裝而成的微米花TiO₂為CdSe量子點(diǎn)提... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)[15]

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文41.2.1.4對(duì)電極對(duì)電極將電子從外部電路轉(zhuǎn)移到電解質(zhì)中，并在電解質(zhì)/對(duì)電極界面催化氧化電解質(zhì)的還原反應(yīng)[21]，因此對(duì)電極應(yīng)當(dāng)具有高電導(dǎo)率，優(yōu)異的電催化活性和良好的穩(wěn)定性[22]。QDSSCs中最常見(jiàn)的對(duì)電極材料是Pt，因?yàn)樗哂辛己玫拇呋�原I-/I3-電解質(zhì)的能力[23]。然而，當(dāng)Pt對(duì)電極與多硫電解質(zhì)一起使用時(shí)，硫原子容易吸附到Pt表面上，導(dǎo)致太陽(yáng)能電池性能降低。金屬硫族化物碳基材料和各種復(fù)合材料可以替代Pt對(duì)電極，應(yīng)用于QDSSCs。例如CdS、PbS等，同時(shí)對(duì)電極材料的研究以Cu、Co、Pb等金屬的硫化物為代表的無(wú)機(jī)金屬化合物也受到廣泛關(guān)注，是一類(lèi)成本低廉，潛力巨大的對(duì)電極材料。其中Cu的硫化物對(duì)Sn2-的還原反應(yīng)具有明顯的催化作用，因此是QDSSCs金屬硫化物對(duì)電極中研究最多的材料。1.2.2QDSSCs的工作原理圖1.2QDSSCs中界面電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程[24]Fig.1.2InterfacialchargetransferprocessinQDSSCs[24]光照時(shí)，敏化光陽(yáng)極的量子點(diǎn)受到光激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，被激發(fā)的電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，并且在價(jià)帶處留下了空穴。在導(dǎo)帶位置上的電子也向?qū)拵栋雽?dǎo)體快速注入，此時(shí)量子點(diǎn)因失去電子而處于氧化態(tài)。注入金屬氧化物導(dǎo)帶的電子傳輸?shù)綄?dǎo)電玻璃基底，并在其表面聚集，再經(jīng)由外部負(fù)載到達(dá)對(duì)電極（CE），產(chǎn)生電流。與此同時(shí)，電解液中的還原態(tài)物質(zhì)將氧化態(tài)量子點(diǎn)還原，使得量子點(diǎn)再生。氧化態(tài)物質(zhì)擴(kuò)散到對(duì)電極被對(duì)電極的電子還原，從而完成整個(gè)循環(huán)。QDSSCs在光照條件下的光電化學(xué)反應(yīng)如下：（1）量子點(diǎn)被激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，電子由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，將空穴留在

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6（9）注入TiO2導(dǎo)帶的電子與量子點(diǎn)的空穴復(fù)合過(guò)程（圖1.2中⑨過(guò)程）：QD(h+)+TiO2(e-)→QD+TiO2(1-9)1.2.3評(píng)價(jià)QDSSCs光電性能的參數(shù)評(píng)價(jià)QDSSCs光電性能的參數(shù)如下：開(kāi)路電壓（Voc），短路電流密度（Jsc），填充因子（FF），光電轉(zhuǎn)化效率（PCE），單色光光電轉(zhuǎn)化效率（IPCE）。Jsc是電壓為零時(shí)電流-電壓特性曲線垂直于縱軸的截距；Voc是電流為零時(shí)電流-電壓特性曲線與橫軸的截距。Jsc和Voc圍成矩形的面積是電池理論上能輸出最大功率（Ptheoretical），而曲線拐點(diǎn)處對(duì)應(yīng)處實(shí)際輸出功率（Pactual）時(shí)的電流（Jmp）和電壓（Vmp），由Jmp和Vmp所圍成矩形面積為實(shí)際輸出的最大功率，填充因子（FF）就是兩個(gè)矩形面積比值，即實(shí)際最大輸出功率（Pactual）和理論輸出功率（Ptheoretical）的比值。式中Pin為太陽(yáng)光輻射強(qiáng)度（100mW/cm2）。太陽(yáng)能電池的填充因子以及IPCE計(jì)算方法如下：IPCE=Pactual/Pin=(JscVocFF)/Pin(1-10)FF=Pactual/Ptheoretical=(JmpVmp)/(JscVoc)(1-11)圖1.3QDSSCs電流密度-電壓特征曲線Fig.1.3Currentdensity-voltagecharacteristiccurveinQDSSCs

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體光電極的制備及其可見(jiàn)光下光電性能的研究[D]. 單體育.大連理工大學(xué) 2014



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