量子点敏化太阳能电池有序TiO_2光阳极制备研究

【摘要】：量子点敏化太阳能电池(Quantum dots sensitized solar cells, QDSSC)与染料敏化太阳能电池(Dye sensitized solar cells, DSSC)原理相似，它只是将DSSC中的染料替换为无机半导体量子点。QDSSC不仅继承了DSSC低成本、易制作的优点，还具有多重激发、带隙可调等新优点。然而当前QDSSC最高效率只有6.18%，光阳极无法高效收集传输电子是导致其效率低下的关键因素之一。Gr tzel曾指出，如果用有序纳米结构代替无序纳米颗粒，光阳极不仅拥有巨大的表面积，还可以点对点地传递电子，大大提高电池效率。据此本文做了以下几方面的工作。 利用化学水浴沉积，在FTO(Fluorine-doped Tin Oxide)导电玻璃表面成功合成了TiO_2薄膜。对合成产物的形貌和相结构进行了研究。结果表明薄膜为金红石纳米片阵列结构。考察了沉积时间，基底种类，溶液成分对薄膜形貌的影响，并提出了纳米片的生长演化机理。 利用阳极氧化法制备了TiO_2纳米管薄膜。考察了氧化电位和氧化时间对薄膜形貌和有序度的影响。解释了纳米管形成原因，提出了薄膜有序-无序转变的机理。最终确定纳米管最佳工艺为60V阳极氧化4h，这种条件下纳米管直径为115nm，长度为16μm。随后利用饱和HgCl2浸泡法，成功地将纳米管薄膜整体剥落下来，并粘接到FTO表面。 利用化学水浴交替沉积技术，在TiO_2纳米管/FTO电极上制备了CdS量子点。研究了量子点沉积次数对薄膜形貌和光电性能的影响。随着沉积次数增多，纳米管吸附的量子点增多，对光的吸收增强，起始吸收点红移。利用纳米颗粒电极和不同敏化次数的纳米管电极组装了QDSSC。敏化10次的纳米管电极取得了3.21mA/cm2的短路电流密度和0.38%的能量转化效率，高于纳米颗粒薄膜。这归于纳米管更优异的电子传输性能。 【关键词】：量子点敏化太阳能电池 光阳极 纳米片 纳米管 能量转化效率
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O614.411
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 量子点敏化太阳能电池简介9-14
• 1.2 量子点研究进展14-16
• 1.3 电解质研究进展16-17
• 1.4 光阳极研究进展17-19
• 1.5 有序二氧化钛纳米薄膜的制备19-21
• 1.6 本论文研究意义与研究内容21-23
• 2 二氧化钛纳米片阵列制备研究23-34
• 2.1 实验主要药品和仪器23-24
• 2.2 实验部分24-25
• 2.3 结果与讨论25-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 二氧化钛纳米管阵列制备与转移研究34-49
• 3.1 实验主要药品和仪器34
• 3.2 实验部分34-37
• 3.3 结果与讨论37-48
• 3.4 本章小结48-49
• 4 纳米管电极的敏化与光电性能49-66
• 4.1 实验主要药品和仪器49
• 4.2 实验过程49-55
• 4.3 结果与讨论55-64
• 4.4 本章小结64-66
• 5 全文总结及展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-77
• 附录1：攻读硕士学位期间发表和待发表论文77

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