本文關(guān)鍵詞：固態(tài)CdS-ZnS復合量子點太陽能電池研究

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【摘要】：太陽能電池作為解決日益嚴重的能源枯竭問題和環(huán)境問題的重要手段,近年來受到廣泛關(guān)注。量子點太陽能電池具有成本低、穩(wěn)定性好、壽命長等優(yōu)勢,并且由于量子效應,它的理論效率可達到66%,具有很大的應用前景,得到了廣大科研人員的關(guān)注和研究。但目前量子點太陽能電池的效率還比較低,尤其是固態(tài)量子點敏化太陽能電池,主要原因是量子點在TiO_2納米顆粒表面的沉積量較少以及在電池的光陽極和電解質(zhì)的界面處存在嚴重的電子空穴的復合。為了抑制復合,通常會在量子點敏化的光陽極和固態(tài)電解質(zhì)之間插入鈍化層來抑制界面處載流子的復合,從而提高電池效率。本課題選用CdS量子點,制備了固態(tài)CdS量子點敏化太陽能電池。首先,對固態(tài)CdS量子點敏化太陽能電池制備的每一部分工藝進行了優(yōu)化,得到了0.33%的電池效率。然后使用傳統(tǒng)的鈍化層方法在CdS量子點敏化光陽極后生長了ZnS鈍化層,得到CdS/ZnS結(jié)構(gòu)的電池,光電轉(zhuǎn)換效率提高到0.42%。但如果鈍化層超過合適的范圍,會阻礙載流子的傳輸,使電池效率降低。因此,本論文提出了一種新的方法抑制固態(tài)量子點敏化太陽能電池中的載流子復合。CdS和ZnS以一定的比例形成復合量子點吸附在納米TiO2表面,其中,CdS和ZnS分別作為光敏化劑和鈍化材料。通過研究發(fā)現(xiàn),隨著ZnS的量增加,在TiO_2和空穴傳輸層的界面處復合電阻會明顯增加,使得電池有更長的電子壽命、更高的光電流和光電轉(zhuǎn)換效率;但是當ZnS過量時,電池的光電流和光電轉(zhuǎn)換效率都會下降,83%CdS和17%ZnS構(gòu)成復合量子點時,電池效率達到最高(0.68%),相比純CdS電池效率(0.33%)明顯提高。接著,把我們的方法和傳統(tǒng)的CdS/ZnS鈍化方法比較,CdS-ZnS復合量子點結(jié)構(gòu)的電池有更大的復合電阻,更有利于抑制載流子的復合、增加電子壽命,使得光電流和光電轉(zhuǎn)換效率大幅提高。
【關(guān)鍵詞】：量子點敏化太陽能電池 硫化鎘-硫化鋅復合量子點 載流子復合
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 第一章 緒論11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 太陽能電池的分類及發(fā)展12-14
• 1.2.1 硅基太陽能電池12-13
• 1.2.2 化合物薄膜太陽能電池13
• 1.2.3 有機聚合物太陽能電池13
• 1.2.4 染料敏化太陽能電池13-14
• 1.3 量子點太陽能電池14-17
• 1.3.1 量子點15
• 1.3.2 量子點太陽能電池的原理15-16
• 1.3.3 量子點太陽能電池的優(yōu)勢16-17
• 1.3.3.1 量子尺寸效應16-17
• 1.3.3.2 多激子效應17
• 1.4 量子點的制備方法17-20
• 1.4.1 化學浴沉積18
• 1.4.2 連續(xù)離子層吸附反應18-19
• 1.4.3 使用分子鏈接劑的非原位生長的表面吸附19
• 1.4.4 其他方法19-20
• 1.5 量子點敏化太陽能電池的研究進展20-22
• 1.5.1 量子點光敏化劑的改進21
• 1.5.2 半導體氧化物層的改進21-22
• 1.5.3 電解質(zhì)的改進22
• 1.6 本論文的選題依據(jù)和主要研究內(nèi)容22-24
• 第二章 量子點敏化太陽能電池的制備方法、流程及表征24-35
• 2.1 量子點敏化太陽能電池的制備方法24-30
• 2.1.1 實驗原料和儀器24-25
• 2.1.2 制備方法和實驗流程25-30
• 2.1.2.1 透明導電基底25-26
• 2.1.2.2 電子傳輸層的制備26
• 2.1.2.3 量子點敏化TiO2多孔層的制備26-29
• 2.1.2.4 固態(tài)電解液的配制29
• 2.1.2.5 對電極29-30
• 2.2 表征方法30-33
• 2.2.0 X射線衍射（XRD）30
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）30
• 2.2.2 紫外可見光譜（UV-vis spectrμm）30-31
• 2.2.3 光電性能31-32
• 2.2.4 電化學阻抗譜（EIS）32-33
• 2.2.5 調(diào)制光電壓譜（IMVS）33
• 2.3 本章小結(jié)33-35
• 第三章 固態(tài)CdS量子點敏化太陽能電池工藝及傳統(tǒng)鈍化研究35-47
• 3.1 固態(tài)CdS量子點敏化太陽能電池工藝的優(yōu)化35-40
• 3.1.1 光陽極的制備和微觀結(jié)構(gòu)表征35-38
• 3.1.2 CdS量子點循環(huán)次數(shù)的優(yōu)化38-39
• 3.1.3 固態(tài)電解質(zhì)厚度的優(yōu)化39-40
• 3.2 ZnS鈍化層對固態(tài)CdS量子點敏化太陽能電池的性能影響40-46
• 3.2.1 吸收光譜41-42
• 3.2.2 電化學阻抗譜42-44
• 3.2.3 光譜響應曲線（IPCE）44-45
• 3.2.4 光電轉(zhuǎn)換效率45-46
• 3.3 本章小結(jié)46-47
• 第四章：固態(tài)CdS-ZnS復合量子點敏化太陽能電池研究47-59
• 4.1 實驗方案47-48
• 4.2 量子點形貌48-49
• 4.3 光電性能49-53
• 4.3.1 光吸收譜49-50
• 4.3.2 暗電流50-51
• 4.3.3 光譜響應曲線（IPCE）51-52
• 4.3.4 光電轉(zhuǎn)換效率52-53
• 4.4 電化學阻抗譜和IMVS53-55
• 4.4.1 電化學阻抗譜53-54
• 4.4.2 強度調(diào)制光電壓譜54-55
• 4.5 與傳統(tǒng)ZnS鈍化層方法的對比55-57
• 4.6 本章小結(jié)57-59
• 第五章 結(jié)論59-61
• 致謝61-62
• 參考文獻62-71
• 研究生期間取得的成果71-72

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