抑制电荷复合提高量子点敏化太阳电池性能

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rr2009
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
高度发展的人类社会正面临着化石能源枯竭和环境严重污染的问题,而高性价比的太阳电池技术是解决这两大问题的一种有效方式。由于具有量子尺寸效应及多激子效应等诸多独特的优势,量子点敏化太阳电池(quantum dot sensitized solar cells,QDSCs)引起了科学家们的广泛关注,在最近几年内经历了快速的发展。虽然量子点敏化太阳电池具有很高的理论光电转换效率(44%),但2012年前所报道的最高效率仍低于6%,同时,电池的稳定性很差,远未达到实际应用的要求。电池内部存在着严重的电荷复合过程,导致光生电子在向外电路传输的过程中发生大量的损耗,是导致量子点敏化太阳电池性能低下的一个关键因素。本文旨在开发出一种可以充分抑制量子点敏化太阳电池中的电荷复合,大幅提升其光电性能的钝化方法,并对其作用机理进行深入地探讨。为达到此目的,我们的文章分为三步来进行:  第一步,我们通过高温油相溶液法制备了CdSexTe1-x合金量子点,并通过离位配体交换连接分子辅助法实现了其在TiO2介孔膜上的大量负载。由于具有“Optical Bowing”效应,合金量子点的禁带宽度更窄,吸收范围更广,同时其能带位置还以通过控制元素比例进行调节。我们优化后的CdSe0.45Te0.55量子点具有合适的粒径,可以顺利地负载到TiO2介孔膜上。其能带宽为1.55 eV,吸收边达到800 nm左右,扩展到了近红外区域,大幅提高了对太阳光的利用率,增大了电池的光电流潜力。由CdSe0.45Te055量子点组装而成的电池器件获得了6.36%的光电转换效率,将当时的量子点敏化太阳电池的光伏性能推向了新高度,并为后续抑制电荷复合的实验设计提供了更高的平台。  第二步,由于黄铜会受到聚硫电解质持续地腐蚀,因此用黄铜片对电极组装的量子点敏化太阳电池稳定性很差,不仅无法实现实际应用,甚至无法完成时间较长的电化学表征,比如电化学阻抗测试。我们设计了FTO导电玻璃负载的Cu2S对电极(Cu2S/FTO)。通过先在FTO上电镀铜再对其进行硫化的方式,模拟了黄铜片对电极的制作。将Cu2S对聚硫电解质的高催化性能与FTO导电玻璃的耐腐蚀性成功地结合到一起,使得量子点敏化太阳电池的稳定性得到了实质性的改善。优化后的Cu2S/FTO对电极不仅在电池光电转换效率上与黄铜片对电极非常接近(5.21% vs5.41%,CdSe量子点敏化太阳电池),而且表现出了良好的稳定性。以此对电极组装的电池器件在工作状态下可以稳定10 h以上,在储存状态下可以稳定20天以上,为进行量子点敏化太阳电池的长时间电化学表征打下了基础。  最后,在CdSe0.45Te0.55量子点提供了更高的平台,且制备出了可靠对电极,组装技术更加成熟的条件下,我们设计了ZnS/SiO2双钝化层抑制电荷复合的方法,并对其作用机理进行了深入地探讨。密度泛函理论计算、太赫兹、电化学阻抗等表征结果均表明ZnS/SiO2双钝化层可以充分地抑制量子点敏化太阳电池中的电荷复合过程,明显提高其电子收集效率。经钝化处理后的CdSe0.45Te0.55敏化太阳电池平均光电转换效率达8.37%,认证效率达到了8.21%,创造了量子点敏化太阳电池的新纪录。相对于传统的ZnS钝化方法将效率提高了31%,真正实现了量子点敏化太阳电池效率的跨越式进步。同时,双钝化层还可以有效的保护量子点不发生光腐蚀,提高了电池器件的稳定性。这种方法还具有良好的重复性,平行样品间的偏差很小,并且可以适用于其它的量子点敏化剂,为进一步发展量子点敏化太阳电池技术提供了一种可靠的途径。
其他文献
会议
会议
会议
随着原油品质变重,加工深度增加,悬浮床加氢过程中生成的焦炭量大大升高,这将导致产品质量下降,严重时必须停工检修.为了能够在工业上实时测量结焦的厚度,本文采用石油大学(
会议
近年来,吸附分离技术因其快速,经济和通用的特点,在包括气体分离、废水处理、盐湖提锂等领域受到研究者们广泛的关注。本文的研究工作重点是核壳结构的磁性碳复合材料的构建及其
人类活动的加剧使全球环境发生了前所未有的变化,极大地改变了全球生态系统的结构组成和服务功能,全球变化研究已受到广泛关注。其中,大气CO2浓度升高、紫外辐射增强、大气氮沉
会议
乙醇燃料替代汽油或柴油用于汽车发动机,不仅可以缓解石油紧缺的矛盾,而且有利于环境保护,促进农业生产的良性循环.本论文对各种柴油进行乙醇和柴油的相溶性实验;通过相溶性
会议