基于TiO_2纳米棒的量子点敏化太阳能电池及其光伏特性研究

【摘要】：作为第三代光伏电池种类之一的量子点敏化的太阳能电池(QDSSCs)近年来成为人们关注的热点。本论文采用简单的水热法在透明的FTO导电玻璃上合成了双层结构的TiO_2花–棒薄膜及一维的TiO_2纳米棒阵列薄膜。采用连续离子层吸附与反应(SILAR)的方法将不同的量子点敏化剂修饰到TiO_2薄膜制成QDSSCs。研究了这些QDSSCs的光伏性能。本论文的研究工作主要从以下四个方面进行了展开:(1)制备了Mn-doped Cd S量子点敏化的TiO_2花–棒太阳能电池,并研究了电池的光伏性能。结果表明,Mn2+掺杂的Cd S量子点和TiO_2花–棒结构基底对电池的光伏性能有提高作用。(2)将TiO_2花–棒作为光阳极基底材料应用在Cd Se/Cd S共敏化的太阳能电池中。Cd Se/Cd S共敏化体系的形成较大程度的提高了太阳能电池的功率转换效率。另外,TiO_2花–棒结构对太阳能电池光伏性能的提升也有积极的作用。(3)运用水热法在透明的FTO导电玻璃上合成了一维的TiO_2纳米棒阵列,并作为光阳极基底应用于Cd Se/Mn-doped Cd S量子点敏化的太阳能电池。研究不同SILAR循环次数对QDSSCs光伏特性的影响,得出Mn-doped Cd S(10)与Cd Se(9)是最佳组合,对电池光伏性能的提高有很大作用。(4)运用两步水热过程在透明的FTO导电玻璃上合成了具有高纵横比的单晶一维TiO_2纳米棒阵列,并将其作为基底应用于Cd Se/Cd S/Pb S敏化的太阳能电池中。内表面积增大的TiO_2纳米棒一维有序结构增加了量子点的吸附量,有利于电池吸光能力的扩大。此外,Pb S作为底层引入到Cd Se/Cd S/TiO_2体系可以拓展对太阳光的吸收范围,使电池的功率转换效率得到较大的提高。 【关键词】：水热合成 二氧化钛 量子点 太阳能电池
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ134.11;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-38
• 1.1 太阳能电池9-10
• 1.1.1 太阳能电池研究的发展史9-10
• 1.1.2 三代太阳能电池的发展10
• 1.2 量子点敏化的太阳能电池（QDSSCs）10-28
• 1.2.1 量子点敏化的太阳能电池（QDSSCs）的工作原理11-13
• 1.2.2 量子点敏化的太阳能电池（QDSSCs）的性能参数13-15
• 1.2.3 量子点敏化的太阳能电池（QDSSCs）的组成部分15-28
• 1.3 提高量子点敏化的太阳能电池（QDSSCs）光伏特性的方法28-35
• 1.3.1 优化光阳极基底TiO_228-29
• 1.3.2 优化量子点（QDs）敏化剂29-32
• 1.3.3 对TiO_2–量子点–电解液界面进行修饰32-34
• 1.3.4 改变电池受光方向34-35
• 1.4 本论文的研究意义及研究内容35-38
• 1.4.1 本论文的研究意义35-36
• 1.4.2 本论文的研究内容36-38
• 第二章 实验部分38-44
• 2.1 实验仪器38
• 2.2 表征手段38-40
• 2.2.1 结晶相分析38
• 2.2.2 比表面积和孔结构分析38-39
• 2.2.3 表面形貌分析39
• 2.2.4 微观形貌分析39
• 2.2.5 元素分析39
• 2.2.6 紫外-可见吸收分析39-40
• 2.2.7 光伏特性分析40
• 2.3 量子点敏化的太阳能电池的制备40-44
• 2.3.1 FTO导电玻璃的清洗40
• 2.3.2 TiO_2花–棒薄膜的制备40-41
• 2.3.3 TiO_2纳米棒阵列薄膜的制备41-42
• 2.3.4 量子点在TiO_2光阳极上的吸附42
• 2.3.5 电解液的制备42
• 2.3.6 对电极的制备42-43
• 2.3.7 量子点敏化的太阳能电池的组装43-44
• 第三章 Mn-dopedCdS/TiO_2花–棒太阳能电池的制备及其光伏特性的研究44-62
• 3.1 前言44-45
• 3.2 Mn-dopedCdS/TiO_2花–棒太阳能电池的制备45-48
• 3.2.1 实验材料45
• 3.2.2 TiO_2花–棒光阳极基底的制备45-47
• 3.2.3 SILAR方法敏化Mn-dopedCdS量子点47
• 3.2.4 太阳能电池的组装47-48
• 3.3 结果与讨论48-61
• 3.3.1 TiO_2花–棒与TiO_2纳米棒的形貌与结构分析48-51
• 3.3.2 表征Mn-dopedCdS/TiO_2花–棒结构51-53
• 3.3.3 量子点敏化TiO_2花–棒电极的光学性质53-55
• 3.3.4 光伏特性测试55-61
• 3.4 本章小结61-62
• 第四章 CdSe/CdS/TiO_2花–棒太阳能电池的制备及其光伏特性的研究62-86
• 4.1 前言62-63
• 4.2 CdSe/CdS/TiO_2花–棒太阳能电池的制备63-66
• 4.2.1 实验材料63-64
• 4.2.2 双层结构的TiO_2花–棒基底的制备64-65
• 4.2.3 SILAR方法敏化CdS与CdSe量子点65-66
• 4.2.4 太阳能电池的组装66
• 4.3 结果与讨论66-85
• 4.3.1 制备双层结构的TiO_2花–棒薄膜66-72
• 4.3.2 表征CdSe/CdS/TiO_2花–棒结构72-75
• 4.3.3 量子点敏化TiO_2花–棒电极的光学性质75-77
• 4.3.4 光伏特性测试77-85
• 4.4 本章小结85-86
• 第五章 CdSe/Mn-CdS/TiO_2纳米棒阵列太阳能电池的制备及其光伏特性的研究86-103
• 5.1 前言86-87
• 5.2 CdSe/Mn-CdS/TiO_2纳米棒太阳能电池的制备87-89
• 5.2.1 实验材料87-88
• 5.2.2 TiO_2纳米棒阵列的制备88
• 5.2.3 SILAR方法敏化Mn-dopedCdS和CdSe量子点88-89
• 5.2.4 太阳能电池的组装89
• 5.3 结果与讨论89-102
• 5.3.1 一维TiO_2纳米棒阵列的形貌与结构分析89-93
• 5.3.2 表征CdSe/Mn-CdS/TiO_2纳米棒阵列93-95
• 5.3.3 量子点敏化TiO_2纳米棒电极的光学性质95-96
• 5.3.4 光伏特性测试96-102
• 5.4 本章小结102-103
• 第六章 CdSe/CdS/Pb S/TiO_2纳米棒阵列太阳能电池的制备及其光伏特性的研究103-119
• 6.1 前言103-104
• 6.2 CdSe/CdS/Pb S/TiO_2纳米棒太阳能电池的制备104-106
• 6.2.1 实验材料104-105
• 6.2.2 TiO_2纳米棒阵列的制备105
• 6.2.3 敏化CdSe/CdS/Pb S到TiO_2纳米棒阵列电极105-106
• 6.2.4 太阳能电池的组装106
• 6.3 结果与讨论106-118
• 6.3.1 表征TiO_2纳米棒阵列106-109
• 6.3.2 表征CdSe/CdS/Pb S/TiO_2纳米棒阵列109-112
• 6.3.3 量子点敏化TiO_2纳米棒电极的光学性质112-114
• 6.3.4 光伏特性测试114-118
• 6.4 本章小结118-119
• 第七章 总结119-121
• 参考文献121-142
• 发表论文情况142-143
• 致谢143-144

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