二氧化钛微球基太阳能电池的制备及性能优化

发布时间：2018-01-09 05:17

  本文关键词：二氧化钛微球基太阳能电池的制备及性能优化　出处：《郑州大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：20世纪以来,环境和能源问题的日益加剧迫使人们加快了对清洁新能源的研究与开发。在众多清洁能源中,太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的能源而备受关注。染料敏化太阳能电池(DSSC)和量子点敏化太阳能电池(QDSSC)以其制备工艺简单、高光电转换效率、价格低廉等特点而受到广泛研究。在众多半导体材料中,TiO2以其特殊的光电性质及成本低廉、稳定性好、抗腐蚀性好、强氧化性等特点而被广泛应用于光阳极,并取得了较优的光电转换效率。然而,就目前太阳能电池实际应用的需求而言,其效率偏低仍然是一个不容忽视的问题。因此,如何进一步优化光阳极材料:捕获更多的光以及快速有效的传输光生电子,是电池光电性能优化中的关键问题之一。本论文主要围绕三维TiO2微球的制备、掺杂改性、在太阳能电池中的应用及性能优化等方面开展了如下工作:采用水热法制备了铌掺杂的分级锐钛矿三维TiO2微球,球体由暴露的(001)晶面的纳米带和纳米微粒组成;并进一步研究了铌掺杂TiO2微球对DSSC微观结构和光伏性能的影响。研究结果表明,Nb5+取代TiO2晶格中Ti4+的位置,且TiO2薄膜的带隙随着铌掺杂浓度的改变而变化。与纯TiO2电池相比,适量的铌掺杂TiO2薄膜组装的DSSC显示出较强的光电性能。Nb-3.5(Nb 3.5mol%)DSSC的转换效率最佳,为4.99%。与纯TiO2电池(4.39%)相比转换效率高13.7%。这是因为铌掺杂的太阳能电池具有暴露的高活性(001)晶面,有更高的比表面积可以增加光生电子的数量,而且由于铌掺杂的TiO2的导带边最小值(CBM)降低,电子收集和传输能力增强。然而,过量的铌掺杂导致电池的性能降低,这是由于Nb-TiO2样品中存在过多的缺陷,导致在缺陷处的电荷复合增强。以三维锐钛矿TiO2微球为上层光散射层材料,商业纳米TiO2作为下层连接材料,采用刮刀法制备了一种新颖的双层Ti O2薄膜,并将其应用于量子点敏化太阳能电池。其中,石墨烯量子点(GQDs)采用滴液法引入,CdS/CdSe量子点采用连续离子层吸附法(SILAR)沉积。制备了CdS/CdSe量子点敏化及石墨烯量子点/CdS/CdSe共敏化太阳能电池,并研究了石墨烯量子点及CdS不同敏化周期及对电池性能影响。研究结果表明,石墨烯量子点引入前后及CdS不同敏化周期对薄膜的光学性质、电子传输及载流子复合均具有较大的影响。在优选条件下,TiO2/QGDs/CdS(4)/CdSe电池的光电转换效率为1.24%,光电流密度为9.47mA/cm2。这显著高于TiO2/CdS(4)/CdSe电池的这些参数(0.59%与6.22 mA/cm2)。这主要是由于TiO2表层吸附石墨烯量子点后增强了电子的传输,减少了载流子的复合。
[Abstract]:In many kinds of semiconductor materials , TiO2 has been widely used as one of the key problems in the optimization of photoelectrochemical properties . The light current density was 9.47 mA / cm2 , which was significantly higher than those of the TiO2 / CdS ( 4 ) / cdse cells ( 0.59 % and 6.22 mA / cm2 ) . This is mainly due to the enhancement of electron transport after adsorption of graphene quantum dots on the surface layer of TiO2 , and the recombination of carriers is reduced .

【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM914.4

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本文编号：1400140