自制碳浆作为PSCs对电极以及碳材料在QDSSCs中的应用研究

发布时间：2020-08-21 15:11

【摘要】：近年来,开发高效低成本太阳能电池以满足持续增长的能源需求得到相关领域的极大重视。目前,卤铅甲铵(CH3NH3PbX3,X=Cl,Br,I)及其混合卤化物晶体对应的三维钙钛矿结构具有带隙可调控、吸收系数大、载流子迁移率高等优点,可组装成低成本高效率钙钛矿太阳能电池(PSCs)。由于Au或Ag等贵金属作为对电极(CE)不利于商业化大规模生产,而碳材料在自然界中储存量大,具有高导电性,成本低,稳定性好等优异性能,已经被广泛应用在PSCs对电极替代贵金属Au。量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)的量子点敏化剂具有量子尺寸效应和多激子效应等备受研究者关注。Bi2S3作为一种无毒环境友好型材料,用于量子点太阳能电池中产生光电转化效率,使得新能源量子点太阳能电池具有广阔的研究价值。(1)在空气中采用刮涂法将商业碳浆用于PSCs对电极上,获得了 7.6%的电池效率;在此基础上,将自制碳浆作为钙钛矿太阳能电池的对电极,获得了 7.97%的电池效率;随后,采用溶胶凝胶法,制成不同浓度掺氟二氧化锡颗粒作为粘结剂用于自制碳浆料中,与碳材料共同作用决定自制碳浆料的性能。其中使用掺入最优浓度的掺氟二氧化锡自制碳浆,得到12.04%的光电转化效率。在空气中通过两步法制备的钙钛矿膜进行XRD和SEM表征,证明在空气中CH3NH3PbI3薄膜成功制备。通过EDX和TEM对制备的掺氟二氧化锡颗粒表征,得到掺氟二氧化锡颗粒成分含量及颗粒大小。采用PL光致发光测试验证钙钛矿碳对电极有对光生空穴的提取并传输到外电路的作用。通过J-V测试,阻抗谱图测试等得出自制碳浆作为PSCs对电极与钙钛矿层接触良好,器件光电性能良好。在空气中采用低温碳浆刮涂法代替贵金属Au和Ag,并且去掉空穴传输层,这更易于未来电池器件的商业化,为研究低成本高效PSCs提供了新方向。(2)通过连续离子层吸附反应(SILAR)在Ti02薄膜上沉积CdS和Bi2S3量子点,得到对应器件的光电转化效率为0.41%,并且研究了 ZnS钝化层的加入对QDSSCs性能的影响。在此基础上掺入碳材料改进光阳极结构,最终获得1.22%光电转化效率,同时利用XRD、TEM表征得到量子点的结构和尺寸。采用J-V、EIS和OCVD研究不同优化光阳极结构,对器件性能的影响。探索出器件性能提高的主要原因为界面接触阻值减小,提高了电子的收集效率,从而提高光电性能。
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4
【图文】：

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子注入过程），（４）具有Ｓ２＿／Ｓ，对的氧化还原电解质，（５）对氧化还原电解质具有催逡逑化活性的对电极。逡逑如图１－１所示，当ＱＤＳＳＣｓ被入射光持续照射时，入射光子的能量等于或大逡逑于带隙，半导体量子点将电子从ＱＤ的价带（ＶＢ）激发到其导带（ＣＢ），空穴留在价逡逑带。由于能级间相互匹配，电子注入丁丨０２的０８（参见反应⑴），然后沿Ｔｉ０２膜转逡逑移到透明导电玻璃（ＦＴＯ）（见反应（２））。再通过外电路传输到对电极，空穴将电解质逡逑中氧化态Ｓ２？还原，这个过程量子点得以再生，（参见反应（３））。从外电路传输到对逡逑电极的电子将电解质中的Ｓｆ还原，完成电解质的再生过程，（参见反应（４）），整个逡逑电池循环回路过程完成。ＱＤ导带中电子和Ｔｉ０２导带中电子在电解质界面处发生逡逑电荷复合（参见反应（５）和（６）即光阳极／电解质界面的电荷重复合限制了氋效逡逑ＱＤＳＳＣｓ的发展。反应方程式如下。逡逑ＴｉＣＶＱＤ＋ｈｖ－ＶＴｉＣＶＱＤ邋（ｅｌｅｃｔｒｏｎ＋ｈｏｌｅ）－＞Ｔｉ0２邋（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）＋ＱＤ（ｈｏｌｅ）邋（１）逡逑Ｔｉ0２邋（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）＋ＦＴＯ＾Ｔｉ0２＋ＦＴＯ邋（ｅ

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试逡逑中，例如ＱＤ导带中电子和Ｔｉ０２导带中电子，在电有达到ＦＴＯ玻璃传至外电路，所产生的光电流被流是指电子传输层的电子没有传递至外电路，而和合。逡逑光照下，器件内部不仅会光生电子，产生电流。同生暗电流，而暗电流和光照条件下产生的工作电流到暗电流的大小，暗态电流可以在暗态条件下对器上施加一定的电压Ｕ，保证和标准太阳光照射下的半的电子浓度Ｎ相差不大。暗态电流反映的是电子和则表明电子空穴的复合程度越小，器件性能越优异。遍接受。逡逑抗谱（ＥＩＳ）逡逑谱在太阳能电池中，可以用来测量器件内各组件的

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（Ｎｙｑｕｉｓｔ图）和波特图（Ｂｏｄｅ图）的实际分量来获得阻值。Ｎｙｑｕｉｓｔ图：以－Ｚ”为纵逡逑轴，以Ｚ’为横轴表示电化学阻抗的复平面图；Ｂｏｄｅ图：以相位角为纵轴，以频率逡逑为横轴，表示相位角频率关系的曲线，称为Ｂｏｄｅ相图，如图１－３为典型的Ｎｙｑｕｉｓｔ逡逑图和Ｂｏｄｅ相图。逡逑Ｒｌ邋Ｒ２邋！？逡逑１０逦２０逦３０逦４０逦５０逦６０邋７０邋８０逦９０逡逑（ｂ）逦ＺＶ邋Ｏｈｍ逡逑－４０ｉ逦：逦逡逑ＩＥ－３邋０．０１邋０．１逦１逦１０逦１００邋１（Ｈ）０邋１００００逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／邋ＨＺ逡逑图１－３太阳能电池的Ｎｙｑｕｉｓｔ图⑷和Ｂｏｄｅ图（ｂ）［３７１逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｔｈｅ邋Ｎｙｑｕｉｓｔ邋ｐｌｏｔ（ａ），邋ａｎｄ邋Ｂｏｄｅ邋ｐｌｏｔ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｏｌａｒ邋ｃｅｌｌｓ（ｂ）［，７１逡逑在ＱＤＳＳＣｓ中，心是对电极／电解质界面处的电子传输电阻，Ｒ２是Ｔｉ０２／量子逡逑点敏化剂／电解质界面处的电子传输阻力。Ｒ３为电解液的扩散电阻。ＣＰＥ！、ＣＰＥ２逡逑是＆和１１２的电容的恒相元件。逡逑ＰＳＣｓ整个器件的串联电阻为Ｉ，矿钛矿和对电极电阻为Ｒ２。矿钛矿／对电逡逑极界面之间的传输电阻为ＣＰＥ，。用Ｚｖｉｅｗ软件等效电路进行拟合，得到处理后的逡逑数据，反映器件有关过程的动力学参数。在Ｂｏｄｅ图中，使用中频峰的频率根据公逡逑式：计算出电子的寿命，／ｍｉｄ为中频峰的频率［３８］。逡逑１．２．２．４入射单色光子－电子转换效率测试（ＺＰＣｆｉ１）逡逑／ＰＣＥ是测量在电极处收集的电荷载体与入射光子数量的比率，也称为外部量逡逑子效率。光照射在ｌＯＯｍＷｃｍ２的ＡＭ邋１．５照度下进行测量

【参考文献】