CdSeS量子点敏化氧化镍p-型太阳能电池的制备与性能研究

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太阳能因其环保、洁净、取之不尽、用之不竭的绝对优势成为目前解决能源危机以及环境问题的首选能源。把太阳能转换成可利用的电能的光伏装置——太阳能电池成为现今研究的一大课题。太阳能电池发展至今,历经不同阶段,最终人们把目标锁定在成本低、制作简单的染料敏化太阳能电池。常规染料作为敏化剂对环境产生污染、近年来对新的无污染敏化剂的探索从未止步。由于量子点具有良好的光学和电学性质使其在半导体器件、存储器和生物医学标签等方面得到广泛的应用,而量子点作为敏化剂的新型染料敏化太阳能电池——量子点敏化太阳能电池作为一种正处于高速发展阶段的新型太阳能电池倍受关注。  在过去的研究中,学者通常把研究重心放在控制量子点的颗粒尺寸大小上,由于影响其颗粒尺寸的因素众多,实验条件不易控制,本实验则通过控制量子点的元素含量达到对能级结构调控的目的。本论文采用热注入法成功制备了不同硒硫含量的CdSeS量子点进而获得不同能级结构的量子点,并从量子点和NiO薄膜两个方面研究了p-型量子点敏化太阳能电池光阴极的性能影响因素,旨在提高量子点敏化太阳能电池的光电性能。具体内容如下:  第一章为绪论,主要是对本课题的研究背景做综合介绍,首先对太阳能电池的发展进行概述;其次,对量子点敏化p-型太阳能电池的结构、工作原理及研究进展进行简单阐述;最后,总结了目前量子点敏化p-型太阳能电池面临的问题及本实验采取的解决方案。  第二章详细介绍 CdSeS量子点的制备及性能表征。实验中,采用热注入法在成功合成了CdSe、CdS量子点的基础上,进一步合成了Se、S元素含量不同的CdSeS量子点。而TEM、AFM、XPS的测试结果使我们对这一新量子点的性能有了认识。从吸收光谱中可以看出随着硫元素含量的增加,CdSeS量子点的吸收带边发生蓝移。因此,通过控制Se、S元素含量可以代替常规的控制量子点尺寸大小的方法调控量子点的能级结构。  第三章详细探究不同硒硫元素含量的量子点作为敏化剂应用于氧化镍 p-型太阳能电池的性能对比。本实验采用电泳沉积的方法把不同硒硫含量的量子点负载到氧化镍薄膜上作为工作电极,并与对电极、电解液组装成电池,对其性能进行测试。最终优化出CdSeS量子点最佳Se:S比例(摩尔比)为1:5时,量子点敏化太阳能电池的性能最优。此时,电池的光电转化效率(1.02%)、短路电流密度(14.68mA cm-2)、开路电压(232mV)均表现的优于其他比例的量子点敏化太阳能电池。深度探究了CdSeS量子点(Se:S=1:5)敏化氧化镍薄膜性能最佳的原因:(1)电荷的分离效率最高,电池的内阻最小;(2)空穴的传输寿命长,有利于提高空穴的收集效率,从而提高光电流密度。  第四章探究聚乙二醇对氧化镍薄膜量子点敏化p-型太阳能电池的性能影响。采用刮涂法制备了氧化镍光阴极工作电极。由于常规条件下制备的氧化镍薄膜薄,薄膜不牢固造成电池的光电性能比较弱,本实验采用聚乙二醇对薄膜性能进行优化。通过对聚乙二醇的量以及氧化镍薄膜厚度的探究,优化出聚乙二醇与氧化镍的最佳比例及最佳刮涂氧化镍薄膜的厚度。当聚乙二醇与氧化镍比例为3:0.5时,量子点敏化太阳能电池的性能最佳,光电转化效率为1.28%,开路电压240mV,短路电流密度17.06mA cm-2以及填充因子为30.5。  第五章工作总结与展望。
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