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文檔簡(jiǎn)介
1、敏化太陽(yáng)電池作為新型的太陽(yáng)電池,具有成本較低、工藝簡(jiǎn)易、材料來(lái)源廣泛、理論光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)而受到關(guān)注。當(dāng)前,染料敏化太陽(yáng)電池(DSSC)和量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)電池(QDSSC)是最為常見(jiàn)的敏化電池種類。然而,電子傳輸速度慢、可見(jiàn)光利用率低以及染料、量子點(diǎn)的吸附不足等原因限制著敏化太陽(yáng)電池的發(fā)展。本文著重于對(duì)光陽(yáng)極材料的界面修飾,通過(guò)構(gòu)建二氧化鈦(TiO2)分級(jí)納米結(jié)構(gòu)、不同含量貴金屬Ag納米顆粒修飾TiO2分級(jí)納米結(jié)構(gòu)、以CdS空心球作為
2、吸收層制備雙層結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極等方式探索光陽(yáng)極對(duì)電池性能的影響。相應(yīng)研究?jī)?nèi)容和成果如下:
(1)采用水熱法在FTO導(dǎo)電玻璃上制備尺寸均一的金紅石TiO2納米棒(TNR)。通過(guò)TiCl4在常溫下的浸泡可以可控的生長(zhǎng)金紅石TiO2分枝得到分級(jí)TiO2納米棒(BTNR)。分別通過(guò)染料敏化、量子點(diǎn)敏化以及染料量子點(diǎn)共敏化三種方式制備DSSC、QDSSC和共敏化電池,并對(duì)比BTNR薄膜和TNR薄膜在光電性能上的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)采用N71
3、9染料敏化時(shí)以BTNR構(gòu)建的BTNR/N719電池的光電轉(zhuǎn)換效率相比于TNR/N719電池提升了133%。當(dāng)采用CdS量子點(diǎn)敏化時(shí)BTNR/CdS電池的光電轉(zhuǎn)換效率相比于TNR/CdS電池提升了66.7%。當(dāng)采用染料、量子點(diǎn)共敏化時(shí)BTNR/CdS/N719電池的光電轉(zhuǎn)換效率相比于TNR/CdS/N719提升了177%,均能說(shuō)明分級(jí)TiO2納米棒性能的優(yōu)越性。
(2)采用光輔還原法制備的Ag負(fù)載的分級(jí)TiO2納米棒(BTNR/
4、Ag)光陽(yáng)極并通過(guò)調(diào)節(jié)AgNO3濃度控制負(fù)載的Ag的含量,制備出的Ag在分級(jí)TiO2納米棒上呈梯度分布。通過(guò)光電性能的測(cè)試分析Ag含量的最優(yōu)值。研究表明,當(dāng)AgNO3濃度為2mM時(shí)光輔還原制備在BTNR上的Ag含量最佳。此時(shí),BTNR/Ag3電池的光電轉(zhuǎn)換效率為2.83%,相比于BTNR電池提升了51.3%。對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析可以說(shuō)明:(1)小顆粒的Ag納米顆粒能夠通過(guò)表面等離激元效應(yīng)增加光的吸收;(2)靠近納米棒頂部的大顆粒的Ag納米顆粒
5、能夠提高光的散射性能從而更有效的利用光;(3)Ag納米顆粒的負(fù)載為染料的附著提供更多位點(diǎn),因此吸附的染料更多,光吸收更強(qiáng);(4)肖特基勢(shì)壘使得載流子復(fù)合降低。然而,當(dāng)Ag含量過(guò)高時(shí),Ag顆??赡軙?huì)成為電子、空穴對(duì)的復(fù)合中心從而阻礙電池效率的提升,因此BTNR/Ag4電池的光電轉(zhuǎn)換效率降低至2.01%。
(3)采用硬模板法制備TiO2空心球(THS)和CdS空心球(CHS),通過(guò)滴涂法將空心球覆蓋在P25納米顆粒(TP)的表面制
6、備雙層結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極。以CHS作為吸收層構(gòu)建TP/CHS的雙層結(jié)構(gòu)構(gòu)建的QDSSC(TP/CHS/CdS)并探索CHS對(duì)QDSSC性能的影響,并對(duì)比以THS作為散射層構(gòu)建的雙層結(jié)構(gòu)構(gòu)建的QDSSC(TP/THS/CdS)和單層P25納米顆粒構(gòu)建的QDSSC(TP/CdS)的電池性能。研究結(jié)果表明,TP/CHS/CdS相比于TP/CdS在光電性能方面提升幅度大,短路電流從4.52 mA·cm-2提升至8.21 mA·cm-2,且略高于TP/T
7、HS/CdS的7.61 mA·cm-2。TP/CHS/CdS的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到2.28%,高于TP/THS/CdS的2.04%和TP/CdS的1.16%。對(duì)于TP/THS/CdS電池,光電轉(zhuǎn)換效率提升的主要原因是THS對(duì)光散射的增強(qiáng),使得電極對(duì)光的捕獲增強(qiáng)。而對(duì)于TP/CHS/CdS電池,性能提升的主要原因如下:(1)光散射增強(qiáng);(2) CHS自身的光吸收;(3)相比于THS,CHS的電子傳輸能力更加,載流子復(fù)合更少。因此,TP/CHS
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