量子点敏化TiO_2基纳米结构太阳能电池制备与表征

【摘要】：量子点敏化太阳能电池(Quantum dots sensitized solar cells)是目前材料科学、物理、化学等交叉学科的热点研究方向,国外学者预测该类电池是未来高效率低成本太阳电池的最佳候选之一。但是迄今光电转换效率还无法与染料敏化太阳能电池相媲美是制约该种电池进一步发展的瓶颈。基于目前国内外量子点敏化电池的研究进展,本论文结合已经成熟的纳米薄膜制备工艺,对改善量子点敏化电池的光电转换效率进行了系列探索研究。主要结果与创新点如下： 1、制备了CdS量子点敏化Ti02纳米晶多孔薄膜太阳能电池,发现通过提高工作电极孔隙率,可改善CdS量子点对其“浸润”性修饰；以“整体烧结”方式在FTO导电玻璃与Ti02纳米晶多孔薄膜之间引入Ti02致密层可改善其界面接触；采用ZnS层钝化CdS量子点可以提高电池的短路电流密度,电池的光电转换效率可达1.84%；电池经高压汞灯持续照射168 h,性能稳定,光电转换效率仅下降5%。 2、以镀有Sn02晶种层的玻璃基片为原始衬底,通过控制晶种层的表面粗糙度和外露晶面,并引入离子屏蔽剂,利用水热法成功制备了可剥离的无支撑金红石型Ti02纳米棒阵列薄膜。移植到导电玻璃上将其作为CdS量子点敏化太阳能电池的工作电极,经ZnS钝化后电池光电转换效率达到1.27%。 3、利用溶剂热法以Ti片为Ti源生长纳米棒阵列,利用CH30H/Br2混合溶液腐蚀剩余Ti片,成功制备出无支撑锐钛矿型TiO2纳米阵列薄膜。移植到导电玻璃上作为CdS量子点敏化太阳能电池的工作电极,经ZnS钝化后电池光电转换效率为1.55%。 4、利用快速热注入法在油胺体系中,通过控制反应速率,成功制备了分别具有黄铜矿、闪锌矿和纤锌矿三种不同晶型的单分散CuInS2量子点,结果表明,较快的反应速率有利于得到黄铜矿结构CuInS2量子点,反之则得到闪锌矿或纤锌矿结构的CuInS2量子点。该类量子点几乎可吸收全部可见光区的太阳光。 5、采用二次阳极氧化法成功制备出两端开孔无支撑Ti02纳米管阵列薄膜,二次阳极氧化的脉冲电压上限幅值越大,阵列薄膜底部开孔率越高；将无支撑Ti02纳米管阵列薄膜移植到导电玻璃上作为工作电极,试制了新型结构CuInS2量子点敏化太阳能电池,经ZnS钝化后,其光电转换效率为0.64%。 【关键词】：无机半导体敏化剂 TiO_2纳米阵列 太阳能电池 工作电极 制备与表征
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-33
• 1.1 引言10-11
• 1.2 纳米材料在太阳能电池中的应用11-13
• 1.3 半导体量子点及其在太阳能电池中的应用13-16
• 1.3.1 量子尺寸效应13-14
• 1.3.2 冲击离化效应及俄歇复合效应14-15
• 1.3.3 微带效应15-16
• 1.4 量子点太阳能电池的分类及研究现状16-31
• 1.4.1 肖特基型太阳能电池16-17
• 1.4.2 耗尽异质结型太阳能电池17-19
• 1.4.3 超薄吸收层型太阳能电池19-20
• 1.4.4 无机量子点-有机聚合物杂化型太阳能电池20-22
• 1.4.5 体异质结(有机聚合物)太阳能电池22-24
• 1.4.6 量子点敏化太阳能电池24-31
• 1.5 光伏建筑一体化31-32
• 1.6 本论文选题思路及研究内容32-33
• 第二章 量子点敏化多孔TiO_2纳米薄膜太阳能电池的研究33-50
• 2.1 引言33-34
• 2.2 实验部分34-38
• 2.2.1 样品制备34-36
• 2.2.2 材料表征、电池组装及测试36-38
• 2.3 结果与讨论38-49
• 2.3.1 TiO_2纳米晶多孔薄膜的物相结构分析38-39
• 2.3.2 TiO_2纳米晶多孔薄膜的厚度与旋涂次数的关系39-41
• 2.3.3 TiO_2光阳极孔隙率对CdS量子点吸附量的影响41-44
• 2.3.4 TiO_2光阳极孔隙率对电池输出性能的影响44-45
• 2.3.5 TiO_2致密层薄膜引入工艺对电池输出性能的影响45-47
• 2.3.6 ZnS钝化层的引入对电池输出性能影响47-48
• 2.3.7 量子点敏化电池的光照稳定性评估48-49
• 2.4 本章小结49-50
• 第三章 无支撑金红石结构TiO_2纳米棒阵列的制备及其CdS量子点敏化电池的研究50-64
• 3.1 引言50-51
• 3.2 实验部分51-53
• 3.2.1 样品制备51-52
• 3.2.2 材料表征、电池组装及测试52-53
• 3.3 结果与讨论53-63
• 3.3.1 SnO_2晶种层薄膜物相结构和形貌分析53-55
• 3.3.2 SnO_2晶种层对TiO_2纳米棒阵列定向的影响55-57
• 3.3.3 外加剂NaCl对TiO_2纳米棒直径的影响57-58
• 3.3.4 TiO_2纳米棒阵列工作电极移植及CdS量子点修饰58-61
• 3.3.5 电池性能分析61-63
• 3.4 本章小结63-64
• 第四章 锐钛矿结构单晶TiO_2纳米棒阵列的制备及其CdS量子点敏化电池的研究64-76
• 4.1 引言64-65
• 4.2 实验部分65-66
• 4.2.1 样品制备65-66
• 4.2.2 材料表征、电池组装及测试66
• 4.3 结果与讨论66-74
• 4.3.1 单晶锐钛矿型TiO_2纳米棒阵列的形成机制和物相结构分析66-69
• 4.3.2 单晶锐钛矿型TiO_2纳米棒阵列的形貌分析69-71
• 4.3.3 TiO_2纳米棒阵列移植及CdS量子点修饰71-73
• 4.3.4 电池性能分析73-74
• 4.4 本章小结74-76
• 第五章 硫化铟铜(CuInS_2)量子点的制备及表征76-87
• 5.1 引言76-77
• 5.2 实验部分77-78
• 5.2.1 样品制备77-78
• 5.2.2 材料表征78
• 5.3 结果与讨论78-86
• 5.3.1 XRD物相分析78-80
• 5.3.2 TEM形貌与吸收光谱分析80-83
• 5.3.3 元素(XPS和EDS)分析83-86
• 5.4 本章小结86-87
• 第六章 硫化铟铜量子点敏化两端开孔TiO_2纳米管阵列电池的制备及表征87-95
• 6.1 引言87
• 6.2 实验部分87-89
• 6.2.1 样品制备87-88
• 6.2.2 材料表征、电池组装及测试88-89
• 6.3 结果与讨论89-94
• 6.3.1 两端开孔TiO_2纳米管阵列FE-SEM表征89-90
• 6.3.2 薄膜剥离机理分析90-91
• 6.3.3 CIS量子点敏化TiO_2纳米管阵列电池的结构及性能分析91-94
• 6.4 本章小结94-95
• 第七章 结论与展望95-98
• 7.1 结论95-96
• 7.2 展望96-98
• 参考文献98-114
• 致谢114-115
• 附录:博士期间已发表及待发表的学术论文及专利115

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

有机体系中Ⅱ-Ⅵ族量子点的制备及其合成机理    邢滨;李万万;孙康;

核能发电的优点及世界核电发展动向    史永谦;

无机敏化TiO_2基太阳能电池光阳极材料的制备与表征    陈云霞

纳米TiO_2的特性    李大成,周大利,刘恒,张萍,张云,龚家竹

影响TiO_2光催化活性的因素及提高其活性的措施    任成军,李大成,钟本和,周大利,刘恒,龚家竹

烷基化纳米SiO_2/MMA乳液聚合物及其对PC的改性研究    钱翼清,赵平,王卫华

纳米材料及其在工程塑料改性中的应用    王孝军,杨杰,龙盛如

纳米CaCO_3填充环氧树脂分散技术及力学性能研究    刘建林,肖久梅,史孝群,龚春秀,马文江

环氧树脂/SiO_2,纳米复合材料性能的研究    惠雪梅,张炜,王晓洁

防高能辐射的树脂/纳米铅复合材料的制备及研究    安骏,吴海霞,辛寅昌

选区激光烧结制备PS/Al_2O_3纳米复合材料的研究    郑海忠,张坚,鲁世强,徐志锋

树脂纳米铈防辐射复合材料的制备及其性能研究    安骏;刘吉华;辛寅昌;

纳米材料的现行测量技术    郭冬勇,赵德国

电沉积银纳米膜的光学性质研究    乐士儒;栾野梅;安茂忠;

水溶性CdSe@ZnS量子点的合成及其与DNA分子的连接    李常艳;刘丽霞;胡晓明;扈廷茂;张军;

用高应变率大应变载荷制备纳米晶铜试件    杨黎明;VPW Shim;陈锋;龚明;

爆炸加载制备纳米晶铜实验研究    王金相;张晓立;王经涛;赵铮;

爆炸载荷下纳米晶铜晶粒度分布及影响因素研究    王金相;周楠;赵铮;王小绪;杭逸夫;

纳米粒子的表面改性研究进展    李春霞;李立平;酒金婷;王柏华;

纳米材料研究及其应用    李星国;

含纳米ZnO抗紫外整理剂的制备及性能研究    张永文;陈英;

纳米材料在丝绸文物保护上的应用    王敏;

防水透湿织物上碳氟膜的纳米结构及均匀性的初步研究    王东;路建军;齐宏进;

几种稀土发光材料的合成及发光性质的研究    谭淑媛

金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究    王德广

ZnO纳米阵列的制备和稀土掺杂工艺及其发光性能的研究    赵世华

硫属化合物纳米材料的可控性合成与表征    周红洋

石墨烯和荧光碳纳米颗粒的制备及其电化学特性的研究    杜海军

聚丙烯酸酯/纳米氧化锡锑复合乳液的制备、表征及其在透明隔热涂料中的应用研究    张贵军

天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料的阻隔性及相关性能研究    王文涛

金属掺杂TiO_2和ZnO的第一性原理研究    于晓慧

1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究    付强

纳米流体辐射特性机理研究及其在太阳能电热联用系统中的应用研究    赵佳飞

纳米CeO_2-TiO_2复合介孔材料的制备及性能    张旭

二元稀土氟化物的控制合成及光学性能研究    李艳冰

铟锡氧化物纳米微粒表面修饰研究及其悬浮液的制备    齐天骄

锑基纳米材料的水热法制备及表征    王青尧

线切割废砂浆制备白炭黑及改性研究    田维亮

多端耦合量子点体系量子输运特性的研究    尹永琦

稀土离子掺杂纳米晶ZrO_2-Al_2O_3复合粉体的制备及发光性质的研究    谭鑫鑫

贵金属及其合金/碳纳米管复合材料的制备与表征    甘自保

(MCM-41)-La_2O_3纳米复合材料的制备、表征及光学性质研究    赵紫军

一维纳米材料的静电纺丝法制备、表征及性能研究    薛江

化学溶液法和超声化学法制备硫化镉薄膜    崔海宁,钟江帆,王荣,汪冬梅,王丽颖,席时权

CdS敏化对TiO_2纳米薄膜电极光生电荷转移特性的影响    钱新明,宋庆,白玉白,李铁津,汤心颐,董绍俊,汪尔康

掺杂过渡金属离子的TiO_2复合纳米粒子光催化剂──罗丹明B的光催化降解    王艳芹,张莉,程虎民,马季铭

ZnO和TiO_2纳米粒子的光致发光性能及其与光催化活性的关系    井立强,辛柏福,王德军,袁福龙,付宏刚,孙家锺吉林大学理论化学研究所

Preparation and Characterization of CuInS_2 Thin Films for Solar Cells by Chemical Bath Deposition    

苯基磷酸联吡啶钌络合物敏化纳晶多孔TiO_2薄膜电极光电性能研究    杨蓉,王维波,敬炳文,肖绪瑞,张曼华,沈涛

对超声波作用下的化学浴沉积方法制备CdS薄膜的谱学分析    储祥蔷,谢大弢,孟铁军,王莉芳,朱凤,向蓉,全胜文,赵夔,陈佳洱

浸渍离子层气相反应法制备CuInS_2薄膜    邱继军,靳正国,石勇,武卫兵,程志捷

双源真空蒸发制备CdS/CuInSe_2多晶异质结薄膜太阳电池    周炳卿,李蓉萍,赵凤岐

水热法的应用与发展    施尔畏，夏长泰，王步国，仲维卓

低维纳米材料的化学控制合成及组装    董文钧

TiO_2薄膜光催化剂的制备及结构与性能研究    任成军

染料敏化复合氧化物纳米晶电极的光电化学性质研究    刘兆阅

多孔氧化物微球的制备与表征    赵丽

天然色素敏化TiO_2多孔膜太阳能电池的研究    郝三存

量子点技术改进太阳能电池    向辉;

纳米硅薄膜中量子点的库仑阻塞效应    余明斌,王燕,刘满仓,马爱华

基于半导体量子点的量子计算的物理实现    吴银忠;

用量子阱中的量子点探测热红外光子    

Ge/Si(001)量子点组分的掠入射X射线反常衍射测量    何庆,贾全杰,姜晓明

量子点磁光材料的磁光效应增强机理研究    黄平

水相合成CdTe量子点标记亲和素前后光谱变化的研究    万异,林章碧,陈奇丹,张皓,杨柏,苏星光,金钦汉

量子点的输运特性研究    黄强;冯金福;解其云;

一种新型CdTe量子点关于测定铜离子的研究    闫玉禧;牟颖;金钦汉;

近紫外区CdS量子点的合成及表征    张毅;

核/壳量子点与生物分子偶联机制及其荧光特征的量子力学分析    张黎黎;张灿邦;张宏伟;周凌云;

一种基于酵母细胞的硒化镉量子点的绿色合成方法    李勇;谢志雄;

基于量子点与荧光微球双色并发机制的单分子检测研究    杨坤;张春阳;

光控耦合双量子点之间的超快相位门    陈立波;L.J.Sham;EdoWaks;顾永建;

石墨烯量子点的合成及光谱特性研究    张立明;张智军;

石墨烯量子点的制备及其在生物成像领域的应用    朱守俊;张俊虎;刘学;唐诗佳;李波;杨柏;

半导体量子点的库仑荷电效应    王迅;

量子点与Hela的相互作用    董玥;尚欣;郝先;朱永春;王宏达;

近场激发下的量子点共振能量转移研究    苑光辉;明海;王沛;

激光与量子点和生物分子偶联结构的极化子或激子的相互作用机制的量子力学分析    张黎黎;张灿邦;张宏伟;周凌云;

科学实验发现：量子点不是点    刘霞

量子点全光开关有望让光互联取代电子互联    刘霞

量子点与经典数据流可在光纤内同行    记者 刘霞

单个电子可如“乒乓球”般在量子点间往返    张巍巍

我国量子点研究获新突破    刘牧洋

美研究可高效阻断蛋白生成的量子点技术    冯卫东

美公司推出高性能量子点感光元件    冯卫东

“量子点”荧光标记初露端倪    王全楚

中科院化学所成功制备量子点荧光微球    记者马艳红

美利用量子点提高光电转换率    记者　 毛黎

几种纳米体系的制备表征和生物应用    苗雁鸣

Ⅲ-V族化合物半导体材料GaN外延膜和InAs量子点的制备及光学特性研究    杨景海

Si表面Ge量子点的MBE外延生长及其结构表征    王科范

食管癌相关分子功能和纳米材料量子点新特性研究    董乔梅

胰岛素受体亲合短肽的筛选、合成及量子点荧光标记的研究    王会堂

低维半导体材料（InGaN量子阱、InAs量子点）显微结构与光学性能关系研究    吕威

介观Kondo输运    房铁峰

微腔中多体系统的新奇量子相变及其调控    陈刚

Si衬底上低压MOCVD生长ZnS，ZnSe薄膜和ZnSe量子点    赵晓薇

核壳型量子点和功能化聚苯乙烯微球的制备、表征及在荧光标记上的应用    傅昕

水溶性量子点和磁性纳米粒子的制备    左超

合成水溶性量子点及其作为离子探针    任娟

声子腔中半导体双量子点量子比特的动力学    鞠文明

电子—声子相互作用对量子环输运性质的影响    龙宇

压力下应变GaN/Al_xGa_（1-x）N柱形量子点中杂质态结合能    张冬

量子点与量子位构造    常加峰

水相合成量子点用于生物分子检测的研究    万异

CdSe/CdS量子点薄膜的制备及其光电性能    陈泽冠

新型水溶性CdTe量子点荧光探针的制备及其在肿瘤多药耐药研究中的应用    刘俊余

GeSi量子点PL谱的研究    陈言午