四元铜锌锡硫量子点敏化太阳电池性能研究

发布时间：2017-09-06 10:22

  本文关键词：四元铜锌锡硫量子点敏化太阳电池性能研究

  更多相关文章： 铜锌锡硫 量子点敏化太阳电池 核壳量子点 表面功能化 配体交换

【摘要】：无机半导体量子点具有廉价易得、带隙可调、高消光系数和多激子效应等特点,有望作为新的敏化剂应用于敏化太阳电池当中,受到越来越多的关注。元素储量丰富的四元铜锌锡硫(CZTS)量子点的能级结构连续可调,不仅具有“尺寸依赖性”,还具有“组分依赖性”的特点。受“optical bowing”作用的影响,四元量子点拥有更宽的吸光范围和更好的稳定性,有望取得更高的效率。合成高质量小粒径CTZS量子点需要使用油溶性的长链配体十二硫醇(DDT),而DDT配体很难被链接分子取代。为解决这一难题,本论文开展了以下三个方面的工作:(1)配体水解法表面功能化CZTS量子点及在敏化电池中的应用:针对DDT很难被水溶性配体完全取代的问题,我们采用了巯基丙酸正辛酯代替DDT合成CZTS量子点。不同于传统配体交换法当中强络合能力的配体取代弱络合能力配体这一原理,巯基丙酸正辛酯可以在碱性条件下水解为水溶性配体巯基丙酸(MPA),进而获得水溶性量子点。得益于较宽的光响应范围、较高的吸附量和电子传输过程的改善,我们所制备的CZTS敏化太阳能电池获得了3.29%的转换效率。这一结果表明CZTS可以作为敏化剂应用于QDSSCs当中,配体水解法是一种有效的表面功能化方法。(2)阳离子交换法表面功能化CZTS量子点及在敏化电池当中的应用:由于巯基丙酸正辛酯配体所合成的量子点质量不高,我们改用DDT作为配体合成CZTS量子点。为解决DDT配体难以被交换的问题,我们引入油酸镉阳离子基元,该基元不仅能够有效的取代量子点表面的原生Cu/Zn/Sn-DDT基元,而且还在量子点表面构筑了一层壳层,从而获得了油酸包覆的type-Ⅱ型核壳结构量子点,然后通过常规配体交换,获得MPA包覆的水溶性核壳量子点。得益于电子传输过程的改善,我们取得了4.70%的转换效率。这一结果表明阳离子交换法是一种更加简单、高效的表面功能化方法。(3)CZTS量子点敏化太阳电池稳定性的研究:由于对电极当中铜片基底易被电解质腐蚀,所以QDSSCs器件的稳定性较差。为了提高电池的稳定性,我们将高催化活性的Cu_2S与耐腐蚀的FTO导电玻璃相结合。结果表明FTO-Cu_2S对电极不仅拥有与传统对电极相似的催化活性,而且还具有较好的耐腐蚀性,增强了QDSSCs的稳定性。
【关键词】：铜锌锡硫 量子点敏化太阳电池 核壳量子点 表面功能化 配体交换
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.4;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 研究背景10
• 1.2 量子点敏化太阳电池简介10-19
• 1.2.1 太阳电池发展简史10-11
• 1.2.2 量子点敏化太阳电池的优点11-13
• 1.2.3 量子点敏化太阳电池的结构13-17
• 1.2.4 量子点敏化太阳电池的工作原理17-18
• 1.2.5 量子点敏化太阳电池的研究现状18-19
• 1.3 本论文研究内容19-21
• 1.3.1 本论文的主要研究工作19-21
• 参考文献21-28
• 第二章 水解法表面功能化铜锌锡硫量子点及在敏化太阳电池中的应用28-44
• 2.1 引言28-29
• 2.2 实验部分29-31
• 2.2.1 实验药品与仪器29-30
• 2.2.2 实验过程30-31
• 2.3 结果与讨论31-39
• 2.3.1 CZTS量子点合成配体结构31-33
• 2.3.2 CZTS量子点合成反应动力学33-34
• 2.3.3 CZTS量子点的形貌34
• 2.3.4 CZTS量子点水解前后表面配体34-35
• 2.3.5 CZTS量子点的结构35-36
• 2.3.6 CZTS量子点的光学性质36-37
• 2.3.7 CZTS量子点在TiO_2薄膜上的负载量37-38
• 2.3.8 CZTS QDSSCs电子传输动力学38-39
• 2.3.9 CZTS QDSSCs的光电性能39
• 2.4 本章小结39-41
• 参考文献41-44
• 第三章 阳离子交换法表面功能化铜锌锡硫量子点及在敏化太阳电池中的应用44-60
• 3.1 引言44-45
• 3.2 实验部分45-47
• 3.2.1 实验药品与仪器45-46
• 3.2.2 实验过程46-47
• 3.3 结果与讨论47-55
• 3.3.1 CZTS量子点的物相结构47-49
• 3.3.2 CZTS/CdSe量子点的形貌49-50
• 3.3.3 CZTS/CdSe量子点表面配体50-52
• 3.3.4 CZTS/CdSe量子点的光学性质52-53
• 3.3.5 CZTS/CdSe QDSSCs电子传输动力学53-54
• 3.3.7 CZTS/CdSe QDSSCs的光电性能54-55
• 3.4 本章小结55-56
• 参考文献56-60
• 第四章 CZTS/CdSe量子点敏化太阳电池稳定性研究60-70
• 4.1 引言60-61
• 4.2 实验部分61-62
• 4.3 结果与讨论62-66
• 4.3.1 Cu_2S粉末的结构62-63
• 4.3.2 FTO-Cu_2S对电极的形貌63
• 4.3.3 CZTS/CdSe QDSSCs的光电性能63-64
• 4.3.4 CZTS/CdSe QDSSCs的稳定性64-65
• 4.3.5 FTO-Cu2S对电极的催化机理65-66
• 4.4 本章小结66-67
• 参考文献67-70
• 第五章 总结与展望70-72
• 致谢72-74
• 硕士期间发表和已完成的工作74-75

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