量子點敏化太陽能電池光陽極膜結構優(yōu)化研究.pdf

1、QDSSC由于其成本低、理論轉換效率高被認為是一種經(jīng)濟、高效的第三代太陽能電池，從而受到研究者的廣泛關注。光陽極材料是QDSSC中的重要部分，起著光生電荷分離和傳輸?shù)淖饔谩Ｒ虼?，光陽極材料的結構對QDSSC的光電性能有著決定性作用。理想的光陽極材料應具有1）高比表面積，為量子點的沉積提供更多成核位點提高量子點負載比例;2）有序的組裝結構，形成高效傳輸通道有利于光生電子的快速傳輸;3）良好的光散射能力，最大限度的拓寬吸收范圍并捕獲入射太陽

2、光。本文利用不同方法制備出多種TiO2和SnO2結構作為光陽極材料，將其應用于CdS/CdSe共敏化量子點太陽能電池，并研究其微/納米結構對其光電轉換效率的影響機制。主要的研究內(nèi)容如下:
　　(1)用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)輔助溶劑熱方法制得了獨特的石墨烯/TiO2復合結構。研究發(fā)現(xiàn)CTAB能夠促使TiO2納米晶在還原石墨烯上均勻分布和高密度包覆，并將復合材料用作光陽極。由于TiO2納米晶高密度包覆的石墨烯(RGT-H)具

3、有高量子點負載量、光散射能力，可以有效地捕獲入射光，同時具有低載流子復合幾率和階躍能級，能夠有效抑制注入電子的反向擴散，從而RGT-H電池的光電流密度達到12.38mAcm-2，開路電壓569mV,填充因子57％，故此獲得了4.02％的光電轉換效率，與納米晶體電池(2.85％)相比提高～40％。
　　(2)通過溶劑熱法制備出多維TiO2分級結構(MD-THSs)，它是由零維的納米晶先經(jīng)過有序排列，形成一維介孔納米帶，進而組裝形成三

4、維分級結構。將其作為光電陽極用于CdS/CdSe共敏化量子點太陽能電池，通過對光陽極膜厚度優(yōu)化，厚度為～15μm的光陽極可達到14.39mAcm-2的電流密度，561mV的開路電壓，從而達到4.20％的光電轉換效率，與納米晶電池相比，光電轉換效率高出～35％。這主要是由于MD-THSs具有高比表面積(160m2g-1)，寬孔徑分布(1～100nm)以及定向有序的初級TiO2納米晶，從而有利于量子點的負載，電解液在陽極膜中的擴散以及光電子

5、的傳輸。
　　(3)利用水熱法制備出SnO2材料并研究其生長過程及調(diào)控機理。同時，實驗證實pH值可以有效的調(diào)控納米顆粒的組裝過程，通過調(diào)節(jié)NaOH添加量，可選擇性生成棒狀結構，微球以及納米顆粒。利用這些不同的SnO2結構，經(jīng)TiCl4處理制備TiO2/SnO2復合光陽極結構用于QDSSC。試驗表明，納米微球可以有效地平衡比表面積和陽極膜中晶界數(shù)量，在提高量子點負載量的同時保證了光電子的有效傳輸。故此相應的QDSSC達到1.61％的