Ⅱ-Ⅵ族无机半导体量子点敏化太阳电池的研究

发布时间：2018-04-28 07:54

  本文选题：量子点敏化太阳电池 + TiO_2-SiO_2复合薄膜　； 参考：《合肥工业大学》2014年博士论文

【摘要】：无机半导体量子点和半导体薄膜是量子点敏化太阳电池(QDSSCs)重要组成部分,直接影响其光伏性能。本文从探索量子点制备的新方法、改变半导体薄膜性质以及量子点在半导体薄膜上的组装方式等方面展开实验研究,以期改善QDSSCs的光伏性能。 本文通过在TiO2中掺入SiO2获得纳米TiO2-SiO2复合薄膜,并应用于QDSSCs。SiO2的掺入既可有效调控纳米TiO2薄膜比表面积、孔容和孔径,增加量子点的吸附量,又可形成SiO2阻挡层能有效抑制电池中电荷复合,提高光电流。利用胶状CdSe量子点敏化TiO2-SiO2复合薄膜制备光阳极,并组装太阳电池。通过交换CdSe量子点表面配体,CdSe量子点可更好地吸附到TiO2-SiO2薄膜里,促进光生电子传输,减少电荷复合机率,提高光电子转换效率。实验结果表明,掺入SiO2和配体交换能改善QDSSCs的光伏性能,MPA包覆的CdSe量子点敏化TiO2-SiO2光阳极制备的太阳电池效率达到1.74%。 本文探索一种新的气—热液(hot-bubbling)方法制备CdSe量子点,从反应时间、Cd:Se浓度比和反应温度三个方面探讨hot-bubbling方法合成的CdSe量子点性能。实验结果表明,该方法能合成光学性能良好、尺寸较均匀和分散性好的闪锌矿型CdSe量子点。 本文利用hot-bubbling方法合成的CdSe量子点敏化TiO2-SiO2复合薄膜,制备太阳电池,探讨其对QDSSCs光伏性能的影响。实验结果表明,太阳电池的光电转化效率达到1.94%,高于经典的热—液注射法(hot-injection)制备CdSe量子点敏化太阳电池效率,完全可与其相媲美,能作为新的量子点制备方法推广使用。 在量子点组装方式上,结合连续离子层吸附(SILAR)技术和自组装单层膜(SAM)技术的各自优点,CdS和CdSe分别采用SILAR法和SAM法组装方式,获得CdS/CdSe量子点共敏化TiO2-SiO2光阳极,并组装电池,组装过程采用水代替有机试剂做溶剂,实现绿色组装路线。新的组装方式既实现高效地利用TiO2-SiO2复合薄膜的微孔和介孔,增加量子点的吸附量,并降低多层沉积带来的层与层之间产生的缺陷态,又实现很好地控制量子点的尺寸,同时,可有效抑制光电子与电解质的复合。详细讨论CdS沉积工艺与CdSe共敏化对TiO2-SiO2/CdS/CdSe光阳极光学性能及其组装电池光伏性能的影响,确定CdS沉积次数和CdSe的最优组合,从微观层面解释该组装方式对太阳电池性能的影响。对其它种类和组合的量子点敏化剂研究有着一定借鉴意义。
[Abstract]:Inorganic semiconductor quantum dots and semiconductor films are important components of quantum dot-sensitized solar cells, which directly affect their photovoltaic properties. In order to improve the photovoltaic performance of QDSSCs, the new methods of preparing quantum dots, changing the properties of semiconductor films and the assembling methods of quantum dots on semiconductor films are studied in this paper. In this paper, nanocrystalline TiO2-SiO2 composite films were obtained by adding SiO2 into TiO2, which can effectively regulate the specific surface area, pore volume and pore size of nanocrystalline TiO2 films and increase the adsorption capacity of quantum dots. The formation of SiO2 barrier layer can effectively inhibit the charge recombination in the battery and increase the photocurrent. The photoanode was prepared by using colloidal CdSe quantum dot sensitized TiO2-SiO2 composite film and the solar cell was assembled. The ligand CdSe QDs on the surface of CdSe QDs can be better adsorbed into TiO2-SiO2 thin films, which can promote photoelectron transport, reduce the probability of charge recombination and improve the photoelectron conversion efficiency. The experimental results show that the photovoltaic properties of QDSSCs can be improved by the addition of SiO2 and ligand exchange. The photoanode prepared by CdSe quantum dots sensitized with TiO2-SiO2 has an efficiency of 1.74. In this paper, a new gas-hydrothermal method for preparing CdSe quantum dots is studied. The properties of CdSe quantum dots synthesized by hot-bubbling method are discussed from three aspects: reaction time, CD: se concentration ratio and reaction temperature. The experimental results show that this method can be used to synthesize sphalerite CdSe quantum dots with good optical properties, uniform size and good dispersion. In this paper, CdSe quantum dots sensitized TiO2-SiO2 composite thin films synthesized by hot-bubbling method were used to prepare solar cells and their effects on the photovoltaic properties of QDSSCs were investigated. The experimental results show that the photovoltaic conversion efficiency of solar cells reaches 1.94, which is higher than that of CdSe QDs sensitized solar cells prepared by classical thermo-liquid injection method. It can be compared with that of solar cells and can be used as a new preparation method for quantum dots. In quantum dot assembly, combining the advantages of continuous ion layer adsorption technique and self-assembled monolayer technique, CDs and CdSe were assembled by SILAR method and SAM method, respectively, to obtain CdS/CdSe quantum dot co-sensitized TiO2-SiO2 photoanode, and to assemble the cell. Water is used as solvent instead of organic reagent in the assembly process to realize green assembly route. The new assembly method can efficiently utilize the micropores and mesoporous cells of TiO2-SiO2 composite films, increase the adsorption of quantum dots, reduce the defect states between layers and layers caused by multilayer deposition, and control the size of quantum dots well, at the same time, It can effectively inhibit the combination of photoelectron and electrolyte. The effects of CdS deposition process and CdSe co-sensitization on the optical properties of TiO2-SiO2/CdS/CdSe photoanode and the photovoltaic properties of assembled cells are discussed in detail. The optimal combination of CdS deposition times and CdSe is determined. The effect of the assembly mode on the performance of solar cells is explained from the micro level. It is useful for the study of other kinds and combinations of quantum dot sensitizers.
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4

【共引文献】

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本文编号：1814422