铒掺杂碳量子点的制备及其在CdS量子点敏化太阳能电池中的应用研究

发布时间：2020-07-13 19:12

【摘要】：太阳能的利用是解决能源危机的一个有效的方法。目前,在所有利用太阳能的方法中,将太阳能转化为电能的太阳能电池是一个非常有前景的技术。量子点敏化太阳能电池(Quantum dot sensitized solar cells,QDSSCs)被认为是下一代太阳能电池。开发高性能的QDSSCs可以满足社会对可持续清洁能源的迫切需求,并在使用能源时尽可能减少或不危害环境。目前有许多量子点材料被应用在QDSSCs上,如CdS,CdSe,PbS等。CdS量子点具有较窄的禁带宽度以及优越的稳定性,这使得它成为QDSSCs中的优良的敏化剂。但是,CdS QDSSCs目前的能量转换效率远远低于其理论值(44%)。有许多因素制约着CdS QDSSCs光伏性能的提高。一方面,CdS量子点的光吸收能力小,光吸收范围窄;另一方面,CdS QDSSCs的电荷分离不完全和电荷提取效率低。因此,为了提高CdS QDSSCs的能量转换效率,需要拓宽CdS QDSSCs的光响应范围以及提高电荷的分离的提取效率。作为一类新型的碳材料,碳量子点(Carbon quantum dots,CQDs)由于其良好的光学性能以及优良的导电性被广泛应用在各个领域。通常,CQDs在紫外光的照射下能够发射出蓝光。其次,由于CQDs的结构中存在大量的共轭π键,这就使CQDs具有良好的电子传递性能。因此,我们实验组将CQDs引入到QDSSCs中。在本论文中,我们采用回流法和水热法合成了Er掺杂的碳量子点(Er-CQDs),再利用溶胶-凝胶法、旋涂法和连续离子层吸附反应法制备了CdS/TiO_2、CdS/CQDs/TiO_2和CdS/Er-CQDs/TiO_2光阳极。我们通过FT-IR,UV-vis以及FL对Er-CQDs的结构和光学性能进行了详细研究。此外,通过XRD,EDX,SEM TEM,UV-vis以及PL技术,我们详细研究了CdS QDSSCs的光阳极的结构,形貌组成以及光学性能。通过电化学的方法研究了基于光阳极(CdS/TiO_2,CdS/CQDs/TiO_2和CdS/Er-CQDs/TiO_2)的CdS QDSSCs的光伏性能。提出了基于CdS/Er-CQDs/TiO_2光阳极的CdS QDSSCs的工作原理。通过研究,我们发现,Er-CQDs在紫外到蓝光区域具有比CQDs更强的光吸收能力,Er~(3+)的引入拓宽了CQD的光吸收范围,特别是在可见光范围内。此外,在相同波长的光的激发下,Er-CQDs的发射峰强度要比CQDs的高得多。Er-CQDs具有双重功能(上下转换发光)的发光性能,在350 nm-550 nm激发波长范围内,Er-CQDs的发射峰集中在450 nm处。将Er-CQDs引入CdS QDSSCs后可以发现,CdS QDSSCs光阳极的光响应范围拓宽,并且,CdS量子点的电荷复合效率降低,同时可以加快电子从CdS量子点上传递到TiO_2,这就使得CdS QDSSCs的光伏性能得到显著提升。
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4
【图文】：

P-V曲线,P-V曲线,太阳能电池

图 1-1 J-V 和 P-V 曲线开路电压（Open circuit voltage, Voc）：太阳能电池处于断开状态时，测量的太阳能电池两端的电压，也就是 J-V 曲线和电压坐标轴的交点。最大功率密度（Maximum power，PMAX）：太阳能电池达到最大功率时的

工作原理图

DSSCs的工作原理图

结构图,结构图

QDSSCs的结构图

【相似文献】