CdTe量子点的结构控制及其在太阳能电池中的应用

【摘要】：量子点(QDs)在太阳能电池方面的应用引起了学术界越来越广泛的关注。本论文先在水相中制备了CdTe量子点,并采用阴离子交换法合成了CdTe/CdS核壳结构量子点。通过调整反应温度和反应时间,控制生成了不同结构的CdTe/CdS核壳结构量子点。在此基础上,本论文进一步研究了CdTe以及CdTe/CdS在量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)中的应用。采用自组装方法(SA, self-assemble)的方法,使用双官能团分子连接器,成功地将CdTe量子点及CdTe/CdS核壳结构量子点负载到多孔的纳米TiO2薄膜上,得到相对应的工作电极,然后组装成QDSSCs,并对工作电极进行后处理,以提高电池的光电性能。主要内容如下： 1、CdTe量子点与CdTe/CdS核壳结构量子点的制备。 以CdCl2作为Cd源,Te粉作为Te源,以巯基乙酸(TGA)为稳定剂,在水相中合成不同颗粒大小的CdTe量子点。再将CdTe量子点与S2-进行阴离子交换,制备了不同结构CdTe/CdS量子点。紫外吸收光谱的结果表明：在其他条件都相同条件下,延长CdTe量子点溶液的回流时间,则QDs的颗粒尺寸逐渐增大,溶液的吸收光谱发生红移；在制备CdTe/CdS核壳结构量子点的过程中发现,反应温度较低时(30℃,50℃),随回流时间的延长,量子点溶液的紫外吸收光谱基本不发生变化或者发生轻微的蓝移；反应温度较高时(70℃,90℃),随回流时间的延长,量子点溶液的紫外吸收光谱发生明显红移。 2、QDs敏化工作电极条件的优化。 以CdTe量子点及CdTe/CdS核壳结构量子点作为母液,进行一系列的处理后作为敏化剂,以多孔的纳米结构的TiO2薄膜作为基底,采用直接沉积的方法,成功地将量子点负载到了TiO2薄膜上。通过控制对母液以及基底的不同后处理,得到最优化的量子点敏化工作电极的条件。 3、CdTe QDs敏化工作电极及CdTe/CdS QDs敏化工作电极的表征以及组装成电池后对其光电性能的研究。 在上述工作的基础上得到工作电极,采用紫外吸收、XRD、SEM, HRTEM等手段对工作电极进行表征。组装成电池后,系统地研究了CdTe量子点敏化太阳能电池及CdTe/CdS核壳结构量子点敏化太阳能电池的光电化学性能。比较结果表明,阴离子交换得到的CdTe/CdS核壳结构量子点在提高电池的光电性能上起到了巨大的作用。 【关键词】：阴离子交换法 核壳结构量子点 量子点敏化太阳能电池 光电转换效率
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O614.242;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 第一章 绪论17-31
• 1.1 前言17-18
• 1.2 量子点18-22
• 1.2.1 量子点的性质19
• 1.2.2 量子点的分类19-20
• 1.2.3 量子点的制备方法20-22
• 1.2.4 量子点的应用22
• 1.3 量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)22-30
• 1.3.1 研究背景23-24
• 1.3.2 QDSSCs的优势及其研究进展24-25
• 1.3.3 QDSSCs的结构25-26
• 1.3.4 QDSSCs的工作原理26-28
• 1.3.5 量子点敏化工作电极的制备方法28-29
• 1.3.6 提高QDSSCs性能的方法29-30
• 1.4 课题的提出和研究内容30-31
• 第二章 CdTe量子点以及CdTe/CdS量子点的制备31-47
• 2.1 引言31
• 2.2 实验部分31-34
• 2.2.1 试剂与药品31-32
• 2.2.2 测试仪器32-33
• 2.2.3 实验内容33-34
• 2.2.3.1 水相法制备CdTe量子点33-34
• 2.2.3.2 阴离子交换法制备CdTe/CdS量子点34
• 2.3 结果与讨论34-44
• 2.3.1 紫外吸收性能34-40
• 2.3.2 XRD测试40-41
• 2.3.3 HRTEM测试41-43
• 2.3.4 EDX测试43-44
• 2.4 本章小结44-47
• 第三章 量子点敏化工作电极条件的优化47-61
• 3.1 引言47-48
• 3.2 实验部分48-50
• 3.2.1 试剂与药品48
• 3.2.2 测试仪器48-49
• 3.2.3 实验内容49-50
• 3.2.3.1 导电玻璃的处理49
• 3.2.3.2 FTO/TiO_2纳米晶薄膜的制备49-50
• 3.2.3.3 量子点敏化工作电极的制备50
• 3.2.3.4 实验条件说明50
• 3.3 结果与讨论50-59
• 3.3.1 CdTe与CdTe/CdS敏化工作电极光电转换效率的初步测试51
• 3.3.2 TiO_2纳米晶薄膜的前处理51-53
• 3.3.3 敏化时间与pH值53-55
• 3.3.4 量子点敏化剂的预处理55-57
• 3.3.5 量子点敏化工作电极的后处理57-59
• 3.4 本章小结59-61
• 第四章 CdTe QDSSCs与CdTe/CdS QDSSCs光电性能的研究61-79
• 4.1 引言61
• 4.2 实验部分61-64
• 4.2.1 试剂与药品61
• 4.2.2 测试仪器61-62
• 4.2.3 实验内容62-64
• 4.2.3.1 导电玻璃的处理63
• 4.2.3.2 FTO/TiO_2纳米晶薄膜的制备63
• 4.2.3.3 实验所需的不同结构的量子点溶液的制备63
• 4.2.3.4 量子点敏化FTO/TiO_2纳米晶薄膜63
• 4.2.3.5 组装QDSSCs并进行光电性能的测试63-64
• 4.3 结果与讨论64-77
• 4.3.1 CdTe与CdTe/CdS量子点敏化工作电极的表征64-67
• 4.3.1.1 量子点敏化工作电极的UV-Vis64-65
• 4.3.1.2 量子点敏化工作电极的XRD65-66
• 4.3.1.3 量子点敏化工作电极的SEM66-67
• 4.3.2 基于CdTe的不同结构的CdTe/CdS QDSSCs的光电测试(J-V曲线)67-72
• 4.3.2.1 回流不同时间得到的不同尺寸的CdTe,与Na2S在90℃下离子交换相同时间,所得的CdTe/CdS QDSSCs67-69
• 4.3.2.2 相同条件下,5h CdTe与Na_2S在不同温度下离子交换相同时间(11h),所得的CdTe/CdS QDSSCs69-70
• 4.3.2.3 相同条件下,5hCdTe与Na_2S 90℃下离子交换不同时间,所得的CdTe/CdSQDSSCs70-72
• 4.3.3 比较CdTe QDSSCs与CdTe/CdS QDSSCs的光电性能72-77
• 4.4 本章小结77-79
• 第五章 结论79-81
• 参考文献81-87
• 致谢87-89
• 研究成果及发表论文89-91
• 作者及导师简介91-92
• 附件92-93

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