ZnO/TiO2基量子点敏化太阳能电池光阳极性能研究

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能源危机和环境污染问题是现如今威胁人类发展的首要问题,各国为此相继出台了各种政策支持可再生资源的开发和利用。其中,太阳能所得的关注与支持无疑是最多的,成为最有可能代替化石能源的可再生资源。本论文以目前受到广泛关注的量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)为研究对象,制备ZnO及TiO2薄膜作为光阳极电子传输层,在电子传输层上沉积CdS/CdSe量子点作为敏化剂,使用CuS作为对电极、S2-/Sn2-作为电解液。首先研究了ZnO光阳极量子点敏化太阳能电池的相关性能,随后以TiO2作电子传输层制备刚性及柔性光阳极,组装成太阳能电池并研究相关性能。具体内容如下:(1)两步水热法制备ZnO纳米空心球(NS),使用溶胶-凝胶法将ZnO纳米空心球(NS)和ZnO纳米颗粒(NP)制备成浆料并旋涂烧结到导电玻璃(FTO)上,作为量子点敏化太阳能电池光阳极的电子传输层,在ZnO薄膜上沉积CdS/CdSe量子点,沉积ZnS钝化层制成ZnO/CdS/CdSe/ZnS光阳极,与多硫电解液、CuS对电极组装成QDSSCs器件并测试光电性能。将ZnO制备成纳米空心球结构后,可提高光电转化效率(PCE)至1.6%,高于ZnO NP光阳极(0.84%),短路电流密度由7.27mA/cm2增加到10.06mA/cm2,电子传输层的空心球结构可以增加量子点的沉积量,从而提高量子点敏化太阳电池的PCE。改进实验方案后采用一步水热法制备ZnO空心半球壳(SS)材料,随后制备出ZnO SS/CdS/CdSe/ZnS光阳极,组装成QDSSCs器件测试光阳极和电池的光电性能。通过调控ZnO SS薄膜厚度探究电子传输层结构对量子点沉积量及QDSSCs性能的影响。ZnO SS薄膜10μm厚时,可以提高PCE至2.94%。(2)采用溶胶-凝胶法在FTO玻璃上制备TiO2纳米颗粒(NP)薄膜作为电子传输层,在TiO2薄膜上沉积量子点制成Ti O2/CdS/CdSe/ZnS刚性光阳极,通过控制SILAR沉积圈数控制关键敏化层CdS量子点沉积量,探究CdS量子点沉积量对光阳极和QDSSCs光电性能的影响。CdS量子点沉积6圈后,PCE性能达到阙值2.71%。将PVA、LiCl、TiO2 NP混合制备成TiO2导电凝胶,通过机械压力法在ITO-PET上制备TiO2导电凝胶薄膜作为柔性光阳极的电子传输层。通过控制CdS量子点沉积圈数与TiO2刚性光阳极形成参照组,探究柔性电子传输层对QDSSCs性能的影响。导电凝胶可以显著提高薄膜的柔韧度,光阳极在大角度弯折的情况下依旧完好,但同时,由于导电凝胶的导电性较差,会使柔性光阳极QDSSCs的光电转换效率下降至0.37%。
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