染料/量子点敏化太阳能电池中TiO2光阳极的能级与界面结构调控研究

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染料/量子点敏化太阳能电池(DSSC/QDSSC)具有效率高、成本低、易制备的特点,近年来得到了人们广泛的关注。光阳极是DSSC/QDSSC的核心,它的性质会影响光吸收、电子注入、以及电荷收集效率,从而影响电池的能量转换效率。所以优化光阳极的结构是保证电池高效率的关键因素之一。本论文从提高DSSC/QDSSC转换效率的角度出发,对作为光阳极的氧化钛材料进行能带、形貌以及界面结构调控,主要包括以下三部分内容:  1.采用一步水热法合成锌掺杂TiO2纳米晶,用做DSSC光阳极时使开路电压(Voc)上升,并使转换效率增加了10%。采用光电化学的手段研究了Voc上升的原因,证实是由于DSSC中的氧化钛导带边的上升。同时采用瞬态光电流和瞬态光电压谱研究了不同电池中电子的传输和复合动力学。  2.采用三乙醇胺溶剂热合成暴露{001}面的片状分级结构微球。将其与纳米晶混合用于DSSC时可依靠光散射效应使光电流增加。将不同尺寸的微球用于QDSSC,通过对比得到最佳尺寸,表明QDSSC中光阳极的设计要考虑量子点吸附量、电解液扩散以及电子传输三者之间的平衡。  3.采用溶解生长的方法合成金红石棒/锐钛分支复合结构阵列,与金红石纳米棒阵列相比,其用做DSSC/QDSSC光阳极时效率均有提升。原因主要是以下两点:一方面分支结构可以提高染料/量子点的担载量,增加光吸收;另一方面锐钛/金红石相结可以加快电荷的传输,有利于电荷收集。
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