绿色硫化物量子点和N719染料共敏化的太阳能电池性能

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gongbin1990
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染料敏化太阳能电池被认为是很有前途的低成本光伏器件,它具有制备工艺简单、成本低、能耗低和光电转换效率高等优点。然而,它的光电转换效率与单晶硅或钙钛矿太阳能电池相比仍然是较低的,这是因为染料普遍存在吸收光谱窄和摩尔消光系数低的缺点,导致太阳光谱利用效率低。无机量子点有着优异的光电性能,如高的摩尔消光系数和宽的吸光光谱范围。因此,本文结合了两者的优点,将绿色的无机量子点Ag2S或Bi2S3与N719染料共同作为复合光敏剂共敏化薄膜太阳能电池,通过扩展光敏剂的光谱响应范围和强度,以期提高电池的光电转换效率。采用连续离子层吸附与反应法在TiO2光阳极上沉积多层Ag2S或Bi2S3量子点,并通过浸泡吸附法与N719染料实现共同敏化,与电解液和对电极组装成电池器件。采用XRD、EDS、SEM、TEM、紫外可见漫反射光谱和电化学阻抗谱等测试手段表征和测试材料及器件的微观结构和电化学性能。结果表明量子点的引入可以增强电荷转移,有效抑制了电子-空穴的复合。在AM1.5(100mW/cm~2)的氙灯照射下,其中沉积了4层Ag2S量子点的共敏化太阳能电池试样表现出最佳性能:其光电流密度为10.99mA/cm~2,光电转换效率为4.82%;沉积了2层Bi2S3量子点的太阳能电池在系列试样中性能最佳,光电流密度为10.76mA/cm~2,光电转换效率为4.7%,在同等条件下,都显著高于仅N719敏化的太阳能电池试样(8.35mA/cm~2和3.35%)。与Ag2S量子点(粒径约10-9m量级)相比,Bi2S3量子点粒径范围跨度大,分布在约10-8-10-10m范围内。因此,我们得出结论:绿色量子点Ag2S或Bi2S3与N719共敏化太阳能电池能增强对太阳光谱吸收并抑制电子-空穴复合,是提高太阳能电池效率的有效策略,量子点的数量(沉积层数)与粒径和其与N719的能级匹配程度对复合光敏剂共敏化的太阳能电池光伏性能影响较大。
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