论文部分内容阅读
染料敏化太阳电池制备工艺简单、成本低廉且转化效率相对较高，是最有希望产业化的电池之一。科学家经过30年的努力，已将这类电池的效率提高到了12％，但与理论的31%相比还有很大上升空间。为了进一步提高电池性能，降低成本，众多研究者在开发高效有机/无机染料及各类形貌结构的光阳极方面，进行了大量的实验和理论研究。
半导体纳米晶(QDs)作为新型无机染料具有其他染料不可比拟的优点:1）QDs具有量子限域效应，电子能级分立，可通过粒径控制来调节太阳电池的光谱响应范围，从而实现全波段吸收；2）QDs的消光系数高，较薄的薄层就能实现相同的吸收；3）QDs的偶极矩作用，能快速实现电荷分离。据Nozik计算，它的理论效率可达43%。
中空TiO2纳米微球(HSs)光阳极具有特点:1）孔道结构可调；2）散射指数高，能提高电极对光的散射性，实现染料对光的重复吸收；3）比表面积大，染料的负载高。
本文以基于中空TiO2纳米微球光阳极的量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)为研究对象，开展了如下一些工作:
1.量子点溶液的合成与表征
1)采用TOP路线制备了粒径为3.5rim的油溶性CdSe量子点，并表征了其紫外-可见光谱吸收特性。
2)不同配位剂条件下，合成了光谱响应可调，粒径(1～3nm)可控的水溶性量子点。采用傅里叶红外光谱表征配位剂与量子点的配位结构特点，用紫外可见分光光度计(UV-Vis)，稳态荧光光谱仪及瞬态荧光光谱仪对其光学性能进行了表征。研究发现:其他条件相同情况下，改变配位剂类型，能有效控制量子点的粒径，并对量子点的荧光强度和荧光寿命产生影响。
2.TIO2中空纳米微球的制备和表征
1)以葡萄糖为前驱物，改变溶液初始PH值、反应物浓度及水热反应时间制备了单分散性、粒径分布均匀的碳球。用SEM，傅里叶红外光谱仪对其形貌和表面基团结构进行了表征。实验发现，碳球上具有丰富的-OH及-C=O等极性基团。
2)以碳球为模板，乙酰丙酮为反应溶剂，采用低温溶剂热法，通过改变模板与水的质量比合成了壁厚可控的中空TiO2纳米微球，壁厚分布在20-200nm之间。SEM和TEM表征了样品的形貌及空心球壳结构:XRD图谱显示，合成的材料是纯锐钛矿型结构；BET结果表明，样品的比表面分布在25～60m2/g之间。
3)以中空TiO2纳米微球为光阳极材料，采用双功能分子偶联(CQD)及离子层吸附反应(SILAR)法，制备了量子点敏化太阳能电池(QDSCs)。QDSCs在100mW/cm2的模拟太阳光下，400-800nm光谱范围内进行测试，得到QDSCs的光电流电压(I-V)曲线。本研究中，我们获得了高性能QDSCs-基于CQD法的电池，其Voc值为580.8mV，jsc为6.10 mA/cm-2，FF为0.56，η为1.99%；基于SILAR法的电池，其Voc(v):0.525，j(mA/cm2):19.10，FF:0.41，η%:4.12。