【摘 要】
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量子点敏化太阳能电池（QDSCs）由于简单易制,且拥有超过44%的理论效率得到了广泛的研究,但是目前的研究水平仅达到了 13%左右。一方面是因为还没有找到合适的材料,比如光透射率极高的金属氧化物薄膜,具有优异催化还原作用的电解液以及具备良好导电性能和催化性能的对电极;另一方面是因为在量子点、金属氧化物薄膜与电解液界面处存在的电荷的非辐射复合,从而降低了电池的效率。为了提高电池的整体性能,首先要找到
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量子点敏化太阳能电池（QDSCs）由于简单易制,且拥有超过44%的理论效率得到了广泛的研究,但是目前的研究水平仅达到了 13%左右。一方面是因为还没有找到合适的材料,比如光透射率极高的金属氧化物薄膜,具有优异催化还原作用的电解液以及具备良好导电性能和催化性能的对电极;另一方面是因为在量子点、金属氧化物薄膜与电解液界面处存在的电荷的非辐射复合,从而降低了电池的效率。为了提高电池的整体性能,首先要找到能带窄,吸光范围宽的捕光材料;其次对电极作为收集从外部电路传输来的电子和催化还原电解液的重要部件,也要深入研究。本文就是从量子点捕光材料、对电极两个方面进行研究的。（1）热注入法制备ZCISeS量子点。本文首先控制锌、铜、铟的量保持不变,再通过改变硒与硫的元素摩尔比,制备出ZCISeS量子点。经过配体转换技术,将油胺的长链配体转化为巯基丙酸短链配体,装载于二氧化钛（Ti02）上,再与硫化亚铜黄铜片（Cu2S brass）对电极组装成三明治结构。研究发现随着硒硫元素比的增加,ZCISeS组装的太阳能电池的光电转化效率呈现先增大后减小的趋势。当Se:S=5:2时制备的量子点太阳能电池的光电转化效率达到最高,在一个标准太阳光光强下测得的短路电流密度为20.01 mA/cm2,开路电压为0.56 V,填充因子为52%,光电转化效率达到了 5.8%。相比于ZCISe QDSCs的光电转化效率提高了 23.4%。还发现当继续增大硒与硫的摩尔比时,从TEM和XRD等表征中发现量子点的结晶性变差,自身的缺陷位点增多,造成了太阳能电池的光电性能降低的结果。（2）采用水热法制备了微米球草酸铜,以草酸铜为自牺牲模板,与硫化钠反应生成硫化亚铜（在本文中用Cu2S-1表示）,研究发现当制备的Na2S浓度偏低时,生成的是镂空微米球CuS,随着Na2S浓度的升高,生成催化性能优异的Cu2S-1。由于具有镂空结构的Cu2S-1增大了与电解液的接触面积,提高了催化性能。通过刮涂法制备出Cu2S-1对电极,与负载于TiO2上的ZCISeS量子点组装成三明治结构,在一个标准太阳光光强下测得的太阳能电池的光电转化效率达到6.2%。随后通过添加碳纳米管（CNT）向Cu2S-1中制备复合对电极,所测得ZCISeS QDSCs的光电转化效率达到了6.7%。相对于Cu2S brass为对电极时,ZCISeS QDSCs电池的效率提高了 8%。相比于单独的CNT为对电极时ZCISeS QDSCs电池的效率提高了 34%。（3）将上述制备的草酸铜与氢氧化钠（NaOH）反应后生成具有平行线结构的氢氧化铜（Cu（OH）2）,再将生成物与过饱和Na2S乙醇溶液反应生成由纳米线组成的微米球结构的硫化亚铜（在本文中用Cu2S-2表示）,制备成对电极后,测得ZCISeS QDSCs的短路电流密度为22.2 mA/cm2,开路电压为0.57 V,填充因子为50.6%,光电转化效率为6.4%,相比于单独Cu2S brass为对电极时,ZCISeSQDSCs电池的效率提高了 10%。再次通过控制CNT和Cu2S-2的含量制备成复合对电极,发现当Cu2S-2:CNT=7:3时,所测得的ZCISeS QDSCs光电转化效率为7.1%,相比于Cu2S brass为对电极时,电池的效率提高了 22%,相比于单独的CNT组成的对电极的电池效率提高了 42%。
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