量子点敏化太阳能电池多孔TiO_2光阳极制备与优化研究

【摘要】：量子点敏化太阳能电池作为第三代光伏电池,因其成本低、理论效率高而受到研究人员的广泛关注。到目前为止,量子点敏化太阳能电池的实际光电转换效率仍与理论值还有差距,还有很大的提升空间,因此如何进一步提高其光电转换效率成为当前量子点敏化太阳能电池研究的重要课题。本论文将TiO_2作为光电阳极材料,用化学浴沉积法制备CuS/FTO对电极,中间电解质为多硫电解液来制作太阳能电池。分别对CdS量子点、PbS量子点敏化太阳能电池以及碳量子点敏化太阳能电池进行了研究,优化了电池的光电转换效率并首次将微波法制备的碳量子点用于量子点敏化TiO_2光阳极。本论文主要工作如下:1、利用旋涂法制备TiO_2多孔薄膜,通过控制旋涂次数来控制TiO_2薄膜的厚度,通过连续离子沉积吸附与反应法将CdS量子点敏化到TiO_2多孔薄膜表面,得到CdS/TiO_2光阳极,为确定CdS量子点吸附到TiO_2薄膜表面最佳沉积次数,通过对不同沉积次数的CdS/TiO_2光阳极的测试,发现当CdS敏化循环次数为9次时,电池的最高光电转换效率为1.72%。在此基础之上,又对不同厚度的TiO_2薄膜敏化循环9次CdS量子点,实验结果表明:旋涂3次,TiO_2薄膜的厚度为15μm时,电池此时取得最高光电转换效率为2.32%。2、利用连续离子层吸附与反应法,将PbS量子点敏化到TiO_2多孔薄膜表面,通过控制PbS量子点敏化循环次数,确定2次时,电池的效率最高为1.6%。在此基础上,通过控制CdS敏化循环次数,制备了PbS和CdS二元共敏化TiO_2光阳极,组装成的电池在CdS量子点敏化循环5次时的光电性能最佳,相比于相同循环次数的CdS/TiO_2与PbS/TiO_2光阳极,能量转化效率有显著提升。3、利用微波法合成出具有良好的水溶性、稳定性、大小均一的碳量子点,之后通过浸渍-自组装法将碳量子点沉积到多孔TiO_2薄膜表面,得到CQDs/TiO_2光阳极,CQDs/TiO_2光阳极组装成电池的光电转换效率是原始TiO_2光阳极组装的电池的2.2倍。本实验提出了一种新的思路将微波法合成的碳量子点与TiO_2多孔薄膜结合,并且实验结果证明了碳量子点引入有助于提高太阳能电池的光电转换效率。 【关键词】：量子点敏化太阳能电池 TiO_2 光阳极结构 光电转换效率
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.11;TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 新型太阳能电池9-13
• 1.2.1 有机太阳能电池9-10
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池10-11
• 1.2.3 量子点敏化太阳电池11-12
• 1.2.4 钙钛矿太阳能电池12-13
• 1.3 量子点太阳能电池的基本组成13-16
• 1.3.1 光阳极材料13-15
• 1.3.3 电解质15
• 1.3.4 对电极15-16
• 1.4 量子点敏化太阳能电池的主要性能参数16-18
• 1.4.1 开路电压（Open-circuit voltage, Voc）17
• 1.4.2 短路电流（Short-circuit voltage, Isc）17
• 1.4.3 填充因子（Fill factor, FF）17-18
• 1.4.4 光电转化效率（η）18
• 1.5 提高量子点敏化电池光电性能的方法18-20
• 1.5.1 优化光阳极结构18-19
• 1.5.2 光阳极表面处理19
• 1.5.3 共敏化19-20
• 1.6 本课题主要研究内容20-22
• 第二章 CdS量子点敏化不同厚度的TiO_2多孔薄膜22-32
• 2.1 引言22-23
• 2.2 实验部分23-24
• 2.2.1 主要实验原料及仪器23
• 2.2.2 实验仪器与设备23-24
• 2.3 TiO_2光阳极的制备与表征24-26
• 2.3.1 TiO_2光阳极的制备24
• 2.3.2 TiO_2光阳极的表征24-26
• 2.4 CdS量子点敏化太阳能电池的组装26-28
• 2.4.1 CdS QDs敏化TiO_2多孔薄膜26-27
• 2.4.2 配置多硫电解液27
• 2.4.3 制备CuS/FTO对电极27
• 2.4.4 电池封装27-28
• 2.5 CdS敏化单层TiO_2光阳极太阳能电池的光电性能表征28-29
• 2.5.1 光电转换效率测试28-29
• 2.6 CdS敏化不同厚度的TiO_2薄膜及太阳能电池性能研究29-31
• 2.6.1 光电转换效率测试29-31
• 2.6.2 单色光转换效率分析31
• 2.7 本章小结31-32
• 第三章 PbS量子点与CdS量子点共敏化太阳能电池的性能研究32-39
• 3.1 引言32
• 3.2 PbS/CdS/TiO_2量子点共敏化太阳能电池的制备32-33
• 3.3 PbS/CdS/TiO_2量子点共敏化光阳极的XRD表征33
• 3.4 PbS/CdS量子点共敏化太阳能电池的J-V特性曲线分析33-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 碳量子点敏化太阳能电池39-43
• 4.1 引言39
• 4.2 碳量子点敏化太阳能电池的制备39-40
• 4.2.1 碳量子点的合成39
• 4.2.2 碳量子点敏化TiO_2光阳极的制备39-40
• 4.2.3 碳量子点敏化太阳能电池的组装40
• 4.3 碳量子点的形貌表征与光学性能40-41
• 4.3.1 TEM分析40
• 4.3.2 Uv-vis吸收光谱分析40-41
• 4.3.3 荧光光谱分析41
• 4.4 碳量子点敏化太阳能电池的J-V特性曲线分析41-42
• 4.5 本章小结42-43
• 第五章 结论43-44
• 参考文献44-52
• 致谢52-53
• 作者简介53
• 攻读硕士学位期间研究成果53

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