本文關(guān)鍵詞：四元銅鋅錫硫量子點敏化太陽電池性能研究

  更多相關(guān)文章： 銅鋅錫硫 量子點敏化太陽電池 核殼量子點 表面功能化 配體交換

【摘要】：無機(jī)半導(dǎo)體量子點具有廉價易得、帶隙可調(diào)、高消光系數(shù)和多激子效應(yīng)等特點,有望作為新的敏化劑應(yīng)用于敏化太陽電池當(dāng)中,受到越來越多的關(guān)注。元素儲量豐富的四元銅鋅錫硫(CZTS)量子點的能級結(jié)構(gòu)連續(xù)可調(diào),不僅具有“尺寸依賴性”,還具有“組分依賴性”的特點。受“optical bowing”作用的影響,四元量子點擁有更寬的吸光范圍和更好的穩(wěn)定性,有望取得更高的效率。合成高質(zhì)量小粒徑CTZS量子點需要使用油溶性的長鏈配體十二硫醇(DDT),而DDT配體很難被鏈接分子取代。為解決這一難題,本論文開展了以下三個方面的工作:(1)配體水解法表面功能化CZTS量子點及在敏化電池中的應(yīng)用:針對DDT很難被水溶性配體完全取代的問題,我們采用了巰基丙酸正辛酯代替DDT合成CZTS量子點。不同于傳統(tǒng)配體交換法當(dāng)中強絡(luò)合能力的配體取代弱絡(luò)合能力配體這一原理,巰基丙酸正辛酯可以在堿性條件下水解為水溶性配體巰基丙酸(MPA),進(jìn)而獲得水溶性量子點。得益于較寬的光響應(yīng)范圍、較高的吸附量和電子傳輸過程的改善,我們所制備的CZTS敏化太陽能電池獲得了3.29%的轉(zhuǎn)換效率。這一結(jié)果表明CZTS可以作為敏化劑應(yīng)用于QDSSCs當(dāng)中,配體水解法是一種有效的表面功能化方法。(2)陽離子交換法表面功能化CZTS量子點及在敏化電池當(dāng)中的應(yīng)用:由于巰基丙酸正辛酯配體所合成的量子點質(zhì)量不高,我們改用DDT作為配體合成CZTS量子點。為解決DDT配體難以被交換的問題,我們引入油酸鎘陽離子基元,該基元不僅能夠有效的取代量子點表面的原生Cu/Zn/Sn-DDT基元,而且還在量子點表面構(gòu)筑了一層殼層,從而獲得了油酸包覆的type-Ⅱ型核殼結(jié)構(gòu)量子點,然后通過常規(guī)配體交換,獲得MPA包覆的水溶性核殼量子點。得益于電子傳輸過程的改善,我們?nèi)〉昧?.70%的轉(zhuǎn)換效率。這一結(jié)果表明陽離子交換法是一種更加簡單、高效的表面功能化方法。(3)CZTS量子點敏化太陽電池穩(wěn)定性的研究:由于對電極當(dāng)中銅片基底易被電解質(zhì)腐蝕,所以QDSSCs器件的穩(wěn)定性較差。為了提高電池的穩(wěn)定性,我們將高催化活性的Cu_2S與耐腐蝕的FTO導(dǎo)電玻璃相結(jié)合。結(jié)果表明FTO-Cu_2S對電極不僅擁有與傳統(tǒng)對電極相似的催化活性,而且還具有較好的耐腐蝕性,增強了QDSSCs的穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：銅鋅錫硫 量子點敏化太陽電池 核殼量子點 表面功能化 配體交換
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O641.4;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-28
• 1.1 研究背景10
• 1.2 量子點敏化太陽電池簡介10-19
• 1.2.1 太陽電池發(fā)展簡史10-11
• 1.2.2 量子點敏化太陽電池的優(yōu)點11-13
• 1.2.3 量子點敏化太陽電池的結(jié)構(gòu)13-17
• 1.2.4 量子點敏化太陽電池的工作原理17-18
• 1.2.5 量子點敏化太陽電池的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 本論文研究內(nèi)容19-21
• 1.3.1 本論文的主要研究工作19-21
• 參考文獻(xiàn)21-28
• 第二章 水解法表面功能化銅鋅錫硫量子點及在敏化太陽電池中的應(yīng)用28-44
• 2.1 引言28-29
• 2.2 實驗部分29-31
• 2.2.1 實驗藥品與儀器29-30
• 2.2.2 實驗過程30-31
• 2.3 結(jié)果與討論31-39
• 2.3.1 CZTS量子點合成配體結(jié)構(gòu)31-33
• 2.3.2 CZTS量子點合成反應(yīng)動力學(xué)33-34
• 2.3.3 CZTS量子點的形貌34
• 2.3.4 CZTS量子點水解前后表面配體34-35
• 2.3.5 CZTS量子點的結(jié)構(gòu)35-36
• 2.3.6 CZTS量子點的光學(xué)性質(zhì)36-37
• 2.3.7 CZTS量子點在TiO_2薄膜上的負(fù)載量37-38
• 2.3.8 CZTS QDSSCs電子傳輸動力學(xué)38-39
• 2.3.9 CZTS QDSSCs的光電性能39
• 2.4 本章小結(jié)39-41
• 參考文獻(xiàn)41-44
• 第三章 陽離子交換法表面功能化銅鋅錫硫量子點及在敏化太陽電池中的應(yīng)用44-60
• 3.1 引言44-45
• 3.2 實驗部分45-47
• 3.2.1 實驗藥品與儀器45-46
• 3.2.2 實驗過程46-47
• 3.3 結(jié)果與討論47-55
• 3.3.1 CZTS量子點的物相結(jié)構(gòu)47-49
• 3.3.2 CZTS/CdSe量子點的形貌49-50
• 3.3.3 CZTS/CdSe量子點表面配體50-52
• 3.3.4 CZTS/CdSe量子點的光學(xué)性質(zhì)52-53
• 3.3.5 CZTS/CdSe QDSSCs電子傳輸動力學(xué)53-54
• 3.3.7 CZTS/CdSe QDSSCs的光電性能54-55
• 3.4 本章小結(jié)55-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 第四章 CZTS/CdSe量子點敏化太陽電池穩(wěn)定性研究60-70
• 4.1 引言60-61
• 4.2 實驗部分61-62
• 4.3 結(jié)果與討論62-66
• 4.3.1 Cu_2S粉末的結(jié)構(gòu)62-63
• 4.3.2 FTO-Cu_2S對電極的形貌63
• 4.3.3 CZTS/CdSe QDSSCs的光電性能63-64
• 4.3.4 CZTS/CdSe QDSSCs的穩(wěn)定性64-65
• 4.3.5 FTO-Cu2S對電極的催化機(jī)理65-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 第五章 總結(jié)與展望70-72
• 致謝72-74
• 碩士期間發(fā)表和已完成的工作74-75

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1 季雷華;高素蓮;張斌;;量子點的合成、毒理學(xué)及其應(yīng)用[J];環(huán)境化學(xué);2008年05期

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本文編號：802567