水溶性量子點(diǎn)的制備及其在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用.pdf

1、量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池是能源材料領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前，對(duì)半導(dǎo)體量子點(diǎn)在自組裝、電子注入和激子傳輸以及太陽(yáng)能電池效率等方面進(jìn)行了大量的研究。然而，相當(dāng)多的報(bào)道是基于有機(jī)溶劑合成的量子點(diǎn)，對(duì)于綠色合成、低成本的水溶性量子點(diǎn)用于太陽(yáng)能敏化電池的報(bào)道相對(duì)較少。
　　本文在綜述前人研究成果基礎(chǔ)上，采用微波水相合成法，制備了一系列不同配體、不同帶電特性以及不同能帶結(jié)構(gòu)排布的水溶性量子點(diǎn)，研究其與TiO2納米晶薄膜的自組裝以及電子轉(zhuǎn)移的機(jī)制；

2、通過(guò)調(diào)節(jié)量子點(diǎn)的表面電荷以及能帶結(jié)構(gòu)，提高了量子點(diǎn)在TiO2納米晶薄膜的自組裝吸附量；采用真空熱處理和紫外光鈍化等方法，改善量子點(diǎn)表面缺陷及電子傳輸，進(jìn)而提高電池性能。
　　采用微波水熱法，分別合成了巰基丙酸(MPA)和巰基乙胺(CA)作為配體的CdTe量子點(diǎn)。在pH值7～8范圍內(nèi)，帶正電的CdTe量子點(diǎn)溶液穩(wěn)定分散，此狀態(tài)下TiO2納米晶表面帶負(fù)電特性。利用靜電作用，使量子點(diǎn)與TiO2多孔膜均勻組裝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，帶正電的CdT

3、e量子點(diǎn)在TiO2納米晶表面有較高的吸附量，是同類(lèi)帶負(fù)電的配體量子點(diǎn)吸附量的3倍左右。將吸附不同帶電配體量子點(diǎn)的TiO2多孔膜作為光陽(yáng)極，組裝太陽(yáng)能電池，帶正電與帶負(fù)電的CdTe量子點(diǎn)敏化電池的光電流分別為2.09mA/cm2與1.17mA/cm2。利用靜電自組裝，在TiO2納米晶表面交替吸附帶不同電荷的量子點(diǎn)，可獲得多層CdTe量子點(diǎn)敏化的太陽(yáng)能電池。雙層敏化電池的光電流達(dá)到4.7mA/cm2，相對(duì)于目前文獻(xiàn)報(bào)道中的CdTe量子點(diǎn)敏化

4、太陽(yáng)能電池(1.0mA/cm2左右)，有顯著提高。
　　對(duì)量子點(diǎn)敏化的TiO2納米晶薄膜，采用紫外光鈍化技術(shù)以及真空熱處理，能顯著改善敏化太陽(yáng)電池的性能。將CdSe量子點(diǎn)敏化的TiO2多孔膜，置于含有巰基酸的溶液中，進(jìn)行光輻照處理，可以有效的減少量子點(diǎn)的表面缺陷。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過(guò)20min光鈍化處理的光陽(yáng)極，其敏化電池的光電流可提高2倍左右。此外，對(duì)量子點(diǎn)敏化的光陽(yáng)極進(jìn)行真空熱處理，可以改善量子點(diǎn)的結(jié)晶性與深能級(jí)缺陷，以及量子點(diǎn)與T

5、iO2納米晶間的界面電子傳輸，也可以提高電池性能。
　　研究了復(fù)合量子點(diǎn)的能帶結(jié)構(gòu)對(duì)電子傳輸?shù)挠绊?。用微波法合成II型核/殼結(jié)構(gòu)CdTe/CdSe量子點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)II型半導(dǎo)體的能帶排布，可以能使電子傳輸速率提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。利用靜電自組裝實(shí)現(xiàn)多層敏化，在提高吸附量的同時(shí)，調(diào)節(jié)半導(dǎo)體間的能帶位置，并使空穴更容易為電解液收集，從而提高敏化電池的性能。
　　此外，在TiO2一維納米棒上原位生長(zhǎng)了CdS量子點(diǎn)，使用巰基酸作為連接分子，使量