基于TiO2纳米管阵列的量子点敏化太阳能电池的研究

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本论文以提高QDSSCs电池效率为目的,研究了Ti02基底的纳米结构和量子点敏化剂对QDSSCs产生的光伏影响。通过研究不同Ti02纳米结构基底(包括纳米管,纳米线和纳米线/管等阵列结构)和不同敏化剂(包括CdS,CdSe, CdSe/CdS,ZnxCd1-xSe,CdSxSe1-x)对QDSSCs光伏性能的影响,探索了提高QDSSCs电池效率的方法,最终得到了效率可达3.26%的量子点敏化太阳能电池。主要的研究成果包括以下几个方面:(1)探索了电化学阳极氧化法制备Ti02纳米管阵列的实验条件,研究了乙二醇电解液中NH4F的含量和阳极氧化电压对Ti02纳米管阵列的结构和形貌的影响。(2)以两次电化学阳极氧化和连续离子层吸附反应(SILAR)的方法,制备了CdSe/CdS共敏Ti02纳米管太阳能电池。详细地讨论了光阳极的制备过程和它的光电化学性质。研究结果表明CdSe/CdS量子点,ZnS钝化层以及光阳极受光对QDSSCs光伏性能有提高作用。(3)利用离子交换法制备了ZnxCd1-xSe合金量子点敏化的Ti02纳米管(NT)阵列太阳能电池。研究结果表明ZnxCd1-xSe量子点中Cd元素含量的增加能够提高电池效率。(4)改变第二次电化学阳极氧化反应电压以制备出具有不同纳米结构的Ti02薄膜,并将其作为基底材料应用在QDSSCs中。采用一步水热反应,直接将CdSxSe1-x合金量子点敏化在不同纳米结构的Ti02薄膜上,其中包括Ti02 NT(纳米管),Ti02 NW(纳米线)以及TiO2 NW/NT(纳米线/纳米管)。研究了CdSxSe1-x合金量子点中S和Se元素的含量变化对电池吸光性质以及光伏性能的影响,同时还研究了Ti02纳米结构薄膜对CdSxSe1-x量子点敏化太阳能电池光伏性能的影响。(5)利用两步电化学阳极氧化的方法制备了TiO2 NW/NT薄膜,并通过SILAR法制备了CdSe/CdS量子点敏化TiO2 NW/NT太阳能电池。研究了CdSe/CdS量子点共敏化的TiO2 NW/NT太阳能电池有更好的光伏性能。(6)结合连续离子层吸附反应和水热反应制备了CdSxSe1-x/Mn-CdS/TiO2 NT太阳能电池。系统地研究了CdSxSe1-x/Mn-CdS/TiO2 NT太阳能电池的J-V性能。进一步沉积CdSe形成CdSe(3)/CdSxSe1-x/Mn-CdS/Ti02 NT太阳能电池使电池效率提高到3.26%。
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