半导体敏化太阳能电池的光阳极结构设计和性能优化

【摘要】：半导体敏化太阳能电池具有工艺简单，成本低廉的优势，尤其是当半导体纳米晶的尺寸小于激子波尔半径以后，会产生量子限制效应、小带效应和多激子效应，有很强的光电转换能力。本文对新型半导体敏化太阳能电池的结构进行了初步的探索和研究，主要研究成果如下： 1．在FTO导电玻璃上采用静电纺丝法制备三维网状ITO纳米纤维，进而在ITO纳米纤维上电沉积CdS纳米晶以构建ITO/CdS同轴纳米纤维太阳能电池。与CdS/FTO太阳能电池相比，ITO/CdS同轴纳米纤维太阳能电池具有更好的光电转换性能，光电流密度高达9.27mA/cm~2。 2．构建了N型CdS量子点和P型CdTe量子点共敏化ZnO纳米线太阳能电池。与CdS/ZnO和CdTe/ZnO太阳能电池相比， CdTe/CdS/ZnO太阳能电池其电流密度和电池效率均有显著提升。通过EIS分析表明CdTe/CdS/ZnO太阳能电池阶梯状的能级结构能有效促进光生载流子的分离，降低传输电阻，提高电子扩散距离，从而获得更高的光电转换效率。 3．开发了多孔密堆CdS太阳能电池。通过缓慢退火处理促进CdS晶粒长大。通过EIS分析表明缓慢退火处理显著降低多孔密堆CdS太阳能电池的传输电阻，提高复合电阻和电子寿命，因而可以显著提高光电流密度和电池效率。 【关键词】：量子点 太阳能电池 纳米纤维 纳米线 II型半导体 多孔CdS
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 引言8
• 1.2 太阳能电池的研究现状8-11
• 1.2.1 晶硅太阳能电池9
• 1.2.2 薄膜太阳能电池9-10
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池10-11
• 1.3 量子点敏化太阳能电池11-15
• 1.3.1 量子点敏化太阳能电池的基本结构12-13
• 1.3.2 量子点敏化太阳能电池的优势13-15
• 1.4 量子点敏化太阳能电池的研究现状15-18
• 1.4.1 纳米颗粒量子点太阳能电池16-17
• 1.4.2 纳米线量子点太阳能电池17
• 1.4.3 纳米管量子点太阳能电池17-18
• 1.5 本课题的创新之处18-19
• 第二章 实验原料与实验装置19-28
• 2.1 实验原料19-20
• 2.2 实验装置20-22
• 2.2.1 恒温磁力搅拌器20
• 2.2.2 超声波清洗仪20
• 2.2.3 分析天平20
• 2.2.4 高压数显电源20-21
• 2.2.5 注射泵21
• 2.2.6 数字源表21
• 2.2.7 移液枪21
• 2.2.8 真空干燥箱21
• 2.2.9 真空管式高温炉21
• 2.2.10 马弗炉21-22
• 2.3 表征手段22-23
• 2.3.1 表面形貌表征(SEM)22
• 2.3.2 微观结构表征(TEM)22
• 2.3.3 结晶相分析(XRD)22
• 2.3.4 紫外-可见分光光度计22-23
• 2.3.5 电化学阻抗谱分析23
• 2.3.6 太阳能电池效率测试23
• 2.4 实验方法23-28
• 2.4.1 FTO 导电玻璃的切割与清洗23
• 2.4.2 ITO 纳米纤维的制备23-24
• 2.4.3 ZnO 纳米线的制备24-25
• 2.4.4 CdS 纳米晶的制备25
• 2.4.5 CdTe 纳米晶的制备25
• 2.4.6 PS 球的制备与提纯25-26
• 2.4.7 CdS 量子点制备与提纯26
• 2.4.8 多孔密堆 CdS 量子点的自组装26
• 2.4.9 多孔密堆 CdS 量子点的退火26-27
• 2.4.10 太阳能电池的组装27-28
• 第三章 ITO/CdS 同轴纳米纤维三维网状太阳能电池28-40
• 3.1 本章引言28-29
• 3.3 ITO 纳米纤维的制备29-31
• 3.4 ITO/CdS 同轴纳米纤维的制备31-32
• 3.5 ITO/CdS 同轴纳米纤维光电性能的表征32-39
• 3.5.1 ITO 纳米纤维电子传输性能的表征32-33
• 3.5.2 ITO/CdS 同轴纳米纤维吸收的表征33-34
• 3.5.3 不同厚度 ITO/CdS 太阳能电池效率的表征34-35
• 3.5.4 不同厚度 ITO/CdS 太阳能电池的传输动力学表征35-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第四章 P 型 CdTe 敏化 N 型 ZnO/CdS 纳米线太阳能电池40-54
• 4.1 本章引言40-41
• 4.2 ZnO/CdS/CdTe 纳米线的制备41-44
• 4.3 ZnO/CdS/CdTe 纳米线光电性能的表征44-53
• 4.3.1 ZnO/CdS/CdTe 纳米线物相的表征44-45
• 4.3.2 ZnO/CdS/CdTe 纳米线的吸收表征45-46
• 4.3.3 ZnO/CdS/CdTe 纳米线电池效率的表征46-48
• 4.3.4 P 型 CdTe 纳米晶的表征48-49
• 4.3.5 ZnO/CdS/CdTe 纳米线太阳能电池性能的表征49-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 缓慢退火改善多孔密堆 CdS 太阳能电池性能54-65
• 5.0 本章引言54
• 5.1 多孔密堆 CdS 结构的制备54-55
• 5.2 退火工艺对多孔密堆 CdS 的影响55-64
• 5.2.1 缓慢退火与正常退火多孔密堆 CdS 结构形貌对比55-57
• 5.2.2 缓慢退火与正常退火多孔密堆 CdS 结构 XRD 对比57-58
• 5.2.3 缓慢退火与正常退火多孔密堆 CdS 结构吸收对比58-59
• 5.2.4 缓慢退火与正常退火多孔密堆 CdS 电池效率对比59-61
• 5.2.5 缓慢退火与正常退火多孔密堆 CdS 电池性能对比61-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第六章 全文总结65-66
• 参考文献66-71
• 发表论文和参加科研情况说明71-72
• 致谢72

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