Ⅱ-Ⅵ族水相量子點(diǎn)光伏器件的敏化機(jī)理與技術(shù)研究.pdf

1、量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池由于光譜響應(yīng)范圍可調(diào)，消光系數(shù)高，理論光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)成為太陽(yáng)能電池的重要研究方向之一。但是迄今為止，量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的相比仍然相差較遠(yuǎn)。本論文針對(duì)這一現(xiàn)狀，從水相量子點(diǎn)著手對(duì)于量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池作了研究，通過增強(qiáng)量子點(diǎn)在光陽(yáng)極上的吸附，量子點(diǎn)組成和對(duì)電極的改善來提高電池性能。
　　本文首先針對(duì)量子點(diǎn)直接吸附率較低的問題，開展了對(duì)于水相量子點(diǎn)在TiO2電極上的吸附機(jī)理的研

2、究。在已有調(diào)節(jié)pH值吸附基礎(chǔ)上，提出了強(qiáng)堿環(huán)境下調(diào)控水相量子點(diǎn)量子點(diǎn)吸附的方法。文中將水相制備的巰基丙酸為配體的CdTe量子點(diǎn)應(yīng)用于敏化電池，通過添加大量NaOH到量子點(diǎn)溶液來提高水相CdTe量子點(diǎn)的吸附并同時(shí)改善其表面修飾。對(duì)于添加的強(qiáng)電解質(zhì)NaOH來說，我們分拆為陽(yáng)離子和陰離子不同作用。其中Na+通過抗衡離子效應(yīng)調(diào)控量子點(diǎn)和TiO2之間的靜電斥力從而提高化學(xué)吸附幾率。OH-則控制量子點(diǎn)表面巰基配體的端基效應(yīng)維持量子點(diǎn)在吸附過程中的表

3、面修飾。同時(shí)，過量的量子點(diǎn)水溶液中過量的OH-也能通過形成Cd(OH)2方式提高量子點(diǎn)的穩(wěn)定性和光吸收。對(duì)比通常低pH值下吸附組裝的CdTe敏化電池性能參數(shù)，強(qiáng)堿環(huán)境下吸附組裝的CdTe敏化電池的光電轉(zhuǎn)化效率有接近40％的提升，其在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光下光電轉(zhuǎn)換效率超過2％。
　　同時(shí)，針對(duì)鉑電極催化多硫電解液時(shí)中毒的問題，本文提出了采用金屬硒化物作為背電極催化材料的方法。首先，在文章第三章中，我們提出了Cu2-xSe背電極的簡(jiǎn)易制作方

4、法。通過鹽酸腐蝕黃銅合金后可以獲得粗糙多孔的銅片。利用其與NaHSe的NaOH溶液反應(yīng)，可以得到催化多硫電解液的Cu2-xSe背電極。針對(duì)這一制備Cu2-xSe背電極方法，我們主要從鹽酸濃度，反應(yīng)時(shí)間以及溫度等優(yōu)化了相關(guān)過程參數(shù)并獲得了催化電阻為0.85Ω/cm2左右的Cu2-xSe背電極。將其利用在CdSeS合金量子點(diǎn)敏化電池中，能獲得光電轉(zhuǎn)換效率為3.7％的太陽(yáng)電池。
　　在亞銅硒化物能較好催化多硫電解液的前提下，為了提高Cu

5、xSe背電極和敏化電池的工作穩(wěn)定性以及組裝電池需要，我們提出了從紅色活性硒角度一步法制備多孔CuxSe背電極的途徑。該方法可以完全省去真空等嚴(yán)苛條件實(shí)現(xiàn)亞銅硒化物制備。并且紅色硒模板也提供了具有理想厚度、高比表面積的結(jié)構(gòu)。在優(yōu)化相關(guān)條件下，我們獲得的硒化銅背電極其催化電阻為0.79Ω/cm2。并且，在能組裝成敏化電池后，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)光的連續(xù)照射下，一個(gè)小時(shí)內(nèi)電池的光電流輸出的穩(wěn)定性變化值小于5％。
　　在具體結(jié)合第二，四章工作后，本

6、文從水相CdTe量子點(diǎn)轉(zhuǎn)向了水相合金量子點(diǎn)CdSexTe1-x的研究。通過調(diào)整Se∶Te的比例以及優(yōu)化量子點(diǎn)的生長(zhǎng)相關(guān)參數(shù)，獲得光學(xué)性能較好的CdSexTe1-x量子點(diǎn)。并通過組裝電池以及電化學(xué)測(cè)試等手段，比較了在不同Se∶Te比例下電池的性能變化。當(dāng)采用x=0.4的合金量子點(diǎn)為光敏化劑時(shí)，電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)2.47％，較相同條件制備的水相CdSe和CdTe敏化電池分別有90％和70％的轉(zhuǎn)換效率提升。在此工作的基礎(chǔ)上，利用不同的量子