【摘 要】
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近年来,人类社会发展迅速,科学技术得到飞速的发展,随之带来的能源问题越来越严峻,为了应对这一问题,研究开发新能源具有重要的意义。太阳能作为最具潜力的清洁能源之一,得到了较快的发展。随着光伏发电的广泛应用,这种清洁低价的太阳能在我们生活中得到普及。作为第三代太阳能电池之一的量子点敏化太阳能电池(QDSSCs),由于制备和成本方面的限制较低,光电转换效率高,发展潜力大而受到科研人员的广泛关注。虽然多激
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近年来,人类社会发展迅速,科学技术得到飞速的发展,随之带来的能源问题越来越严峻,为了应对这一问题,研究开发新能源具有重要的意义。太阳能作为最具潜力的清洁能源之一,得到了较快的发展。随着光伏发电的广泛应用,这种清洁低价的太阳能在我们生活中得到普及。作为第三代太阳能电池之一的量子点敏化太阳能电池(QDSSCs),由于制备和成本方面的限制较低,光电转换效率高,发展潜力大而受到科研人员的广泛关注。虽然多激子效应使得QDSSCs的理论效率较高,但由于材料本身会对QDSSCs电池产生影响,实际效率要低于理论转换效率。不同类型的光阳极对电池光电转换效率有很大的影响。传统TiO2透明层粒径较小,不利于光的散射,本论文通过引入亚微米结构的光散射材料,与透明层构成双层结构,改进光阳极界面结构,有效提高器件的可见光吸收范围,增加光阳极散射能力,使得电池转换效率得到提升。设计并研究了不同的复合电极薄膜对QDSSCs的影响,研究工作如下:(1)利用乙醇/水为反应溶剂,SnCl2·2H2O为前驱体,一步水热法合成了SnO2分级微球结构。通过调节水热温度使SnO2空心球亚微米颗粒结晶程度更好,并密集的形成中空亚微米球且不发生团聚,促使空心亚微米结构通过其较大的比表面积和高的光捕获效率,在光电阳极材料中得到广泛应用。量子点敏化剂为Zn Cu In Se,Cu2S作为对电极,与复合光阳极组成QDSSCs,复合光阳极利用不同水热温度制备SnO2材料作为散射层,P25颗粒制备TiO2透明层,通过SEM、TEM、Mapping、XRD等表征复合光阳极的形貌和结构组成,探究不同水热温度对SnO2空心球亚微米颗粒形貌的影响以及散射层膜厚对QDSSCs性能的影响。结果表明基于在200℃条件下水热制备的SnO2散射层有较好的散射能力,制备的QDSSCs的性能最佳,达到了7.34%,与纯TiO2光阳极相比提升了19%,通过膜厚对比实验,当SnO2散射层膜厚为9μm时,电池效率最高,相比于同膜厚条件下的商业TiO2散射层,效率提升了13%,说明以SnO2材料作为散射层结合TiO2透明层来制备优化光阳极适用于QDSSCs。(2)采用水热法合成了球核结构的CeO2,将合成的CeO2作为散射层涂覆在二氧化钛薄膜上构筑复合结构薄膜的光阳极。通过制备Zn Cu In Se量子点,Zn S作为钝化层,Cu2S作为对电极与光阳极共同组成QDSSCs电池。采用SEM、XRD、TEM、HRTEM、XRD等表征形貌、结构等特性。通过调节散射层的膜厚,提高量子点的有效吸附率,利用球核结构,使得可见光在传播过程中其光路发生散射现象,有效增强了对太阳光的吸收。电池的电化学测试结果表明,光阳极采用TiO2透明层与CeO2散射层结合的方法,光电转化效率相比之前制备的无散射层的纯TiO2电池的光电转化效率有所提升。结果表明散射层膜厚在10±1μm时光电转换效率达到最高(7.46%),相对于无散射层TiO2光阳极提高了20%,表明球核结构的CeO2作为散射层构成的复合光阳极对QDSSCs光阳极材料的改进具有借鉴意义。
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