固态CdS-ZnS复合量子点太阳能电池研究

发布时间：2017-09-05 12:10

  本文关键词：固态CdS-ZnS复合量子点太阳能电池研究

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【摘要】：太阳能电池作为解决日益严重的能源枯竭问题和环境问题的重要手段,近年来受到广泛关注。量子点太阳能电池具有成本低、稳定性好、寿命长等优势,并且由于量子效应,它的理论效率可达到66%,具有很大的应用前景,得到了广大科研人员的关注和研究。但目前量子点太阳能电池的效率还比较低,尤其是固态量子点敏化太阳能电池,主要原因是量子点在TiO_2纳米颗粒表面的沉积量较少以及在电池的光阳极和电解质的界面处存在严重的电子空穴的复合。为了抑制复合,通常会在量子点敏化的光阳极和固态电解质之间插入钝化层来抑制界面处载流子的复合,从而提高电池效率。本课题选用CdS量子点,制备了固态CdS量子点敏化太阳能电池。首先,对固态CdS量子点敏化太阳能电池制备的每一部分工艺进行了优化,得到了0.33%的电池效率。然后使用传统的钝化层方法在CdS量子点敏化光阳极后生长了ZnS钝化层,得到CdS/ZnS结构的电池,光电转换效率提高到0.42%。但如果钝化层超过合适的范围,会阻碍载流子的传输,使电池效率降低。因此,本论文提出了一种新的方法抑制固态量子点敏化太阳能电池中的载流子复合。CdS和ZnS以一定的比例形成复合量子点吸附在纳米TiO2表面,其中,CdS和ZnS分别作为光敏化剂和钝化材料。通过研究发现,随着ZnS的量增加,在TiO_2和空穴传输层的界面处复合电阻会明显增加,使得电池有更长的电子寿命、更高的光电流和光电转换效率;但是当ZnS过量时,电池的光电流和光电转换效率都会下降,83%CdS和17%ZnS构成复合量子点时,电池效率达到最高(0.68%),相比纯CdS电池效率(0.33%)明显提高。接着,把我们的方法和传统的CdS/ZnS钝化方法比较,CdS-ZnS复合量子点结构的电池有更大的复合电阻,更有利于抑制载流子的复合、增加电子寿命,使得光电流和光电转换效率大幅提高。
【关键词】：量子点敏化太阳能电池 硫化镉-硫化锌复合量子点 载流子复合
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 第一章 绪论11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 太阳能电池的分类及发展12-14
• 1.2.1 硅基太阳能电池12-13
• 1.2.2 化合物薄膜太阳能电池13
• 1.2.3 有机聚合物太阳能电池13
• 1.2.4 染料敏化太阳能电池13-14
• 1.3 量子点太阳能电池14-17
• 1.3.1 量子点15
• 1.3.2 量子点太阳能电池的原理15-16
• 1.3.3 量子点太阳能电池的优势16-17
• 1.3.3.1 量子尺寸效应16-17
• 1.3.3.2 多激子效应17
• 1.4 量子点的制备方法17-20
• 1.4.1 化学浴沉积18
• 1.4.2 连续离子层吸附反应18-19
• 1.4.3 使用分子链接剂的非原位生长的表面吸附19
• 1.4.4 其他方法19-20
• 1.5 量子点敏化太阳能电池的研究进展20-22
• 1.5.1 量子点光敏化剂的改进21
• 1.5.2 半导体氧化物层的改进21-22
• 1.5.3 电解质的改进22
• 1.6 本论文的选题依据和主要研究内容22-24
• 第二章 量子点敏化太阳能电池的制备方法、流程及表征24-35
• 2.1 量子点敏化太阳能电池的制备方法24-30
• 2.1.1 实验原料和仪器24-25
• 2.1.2 制备方法和实验流程25-30
• 2.1.2.1 透明导电基底25-26
• 2.1.2.2 电子传输层的制备26
• 2.1.2.3 量子点敏化TiO2多孔层的制备26-29
• 2.1.2.4 固态电解液的配制29
• 2.1.2.5 对电极29-30
• 2.2 表征方法30-33
• 2.2.0 X射线衍射（XRD）30
• 2.2.1 扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）30
• 2.2.2 紫外可见光谱（UV-vis spectrμm）30-31
• 2.2.3 光电性能31-32
• 2.2.4 电化学阻抗谱（EIS）32-33
• 2.2.5 调制光电压谱（IMVS）33
• 2.3 本章小结33-35
• 第三章 固态CdS量子点敏化太阳能电池工艺及传统钝化研究35-47
• 3.1 固态CdS量子点敏化太阳能电池工艺的优化35-40
• 3.1.1 光阳极的制备和微观结构表征35-38
• 3.1.2 CdS量子点循环次数的优化38-39
• 3.1.3 固态电解质厚度的优化39-40
• 3.2 ZnS钝化层对固态CdS量子点敏化太阳能电池的性能影响40-46
• 3.2.1 吸收光谱41-42
• 3.2.2 电化学阻抗谱42-44
• 3.2.3 光谱响应曲线（IPCE）44-45
• 3.2.4 光电转换效率45-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第四章：固态CdS-ZnS复合量子点敏化太阳能电池研究47-59
• 4.1 实验方案47-48
• 4.2 量子点形貌48-49
• 4.3 光电性能49-53
• 4.3.1 光吸收谱49-50
• 4.3.2 暗电流50-51
• 4.3.3 光谱响应曲线（IPCE）51-52
• 4.3.4 光电转换效率52-53
• 4.4 电化学阻抗谱和IMVS53-55
• 4.4.1 电化学阻抗谱53-54
• 4.4.2 强度调制光电压谱54-55
• 4.5 与传统ZnS钝化层方法的对比55-57
• 4.6 本章小结57-59
• 第五章 结论59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-71
• 研究生期间取得的成果71-72

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