核壳型ZnO-CdX纳米电缆阵列电极的光伏性能研究

【摘要】：最近,作为ZnO和Ti02宽禁带光电极的敏化剂的半导体量子点,已经被大量应用在量子点敏化太阳能电池(QDSSC)领域中。对于这些QDSSC,量子点和光电极之间的能带调整总是遵从Ⅱ型模型,即量子点中的价带和导带都要比光电极的要高。其中,利用两种窄禁带的半导体或者一种窄禁带的半导体合金作为敏化剂,成为提高QDSSC电池效率的一种有效手段。 由于CdSe宽的可见光吸收范围以及CdS与TiO2相匹配的能级位置,在CdS/CdSe共同敏化TiO2薄膜太阳能电池方面,已经进行了大量的研究。尤其是,CdS/CdSe界面间的能级排列与CdSe/CdS有着极大的不同,使得TiO2/CdS/CdSe结构的太阳能电池相对于反型TiO2/CdSe/CdS结构的太阳能电池具有更好的性能。而在一维ZnO或Ti02光电极上的CdSe/CdTe共敏化方面的研究仍是凤毛麟角。相对于CdS,拥有更窄禁带宽度的CdSe和CdTe具有更宽的光吸收范围。同时,CdSe和CdTe的导带要高于ZnO,使得载流子更容易从CdSe或者CdTe注射到ZnO。作为具有共敏化优势和纳米电缆阵列的光电极,以CdSe和CdTe作为纳米壳层并且ZnO纳米棒作为核心的双层包裹的纳米电缆阵列,有望成为有潜力的QDSSC光电极。 本文利用ZnO纳米棒作为电极,CdSe, CdTe, CdSeTe合金壳层作为敏化剂,通过电化学沉积,在ITO衬底上制备纳米电缆阵列。其中,在ZnO/CdTe/CdSe和ZnO/CdSe/CdTe纳米电缆阵列中,闪锌矿结构的CdSe和CdTe之间形成了一个质密的界面。相对于反型结构中较差的光电化学性能,ZnO/CdSe/CdTe纳米电缆光电极,在45mW/cm2的AM1.5G模拟光照下,饱和光电流密度高达.-14.3mA/cm2。通过对CdSe/CdTe和CdTe/CdSe的界面能级排列的详细分析,得出ZnO, CdSe和CdTe之间形成了阶梯式能级排列,进而使得光生载流子从CdTe到CdSe再到ZnO的传输具有一个极大地提高。 【关键词】：双壳层 合金 CdSe CdTe CdSeTe 纳米电缆阵列 太阳能电池
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 太阳能电池的发展9-11
• 1.2 太阳能电池的种类11-13
• 1.2.1 硅基太阳能电池11-12
• 1.2.2 薄膜太阳能电池12
• 1.2.3 聚合物太阳能电池12
• 1.2.4 染料/半导体敏化太阳能电池12-13
• 1.3 敏化太阳能电池基本结构和工作原理13-15
• 1.3.1 敏化太阳能电池的基本结构13-14
• 1.3.2 半导体敏化太阳能电池的工作原理14-15
• 1.4 薄膜的制备方法15-18
• 1.4.1 脉冲激光沉积(PLD)法15-16
• 1.4.2 分子束外延(MBE)法16-17
• 1.4.3 溅射法17
• 1.4.4 电化学沉积法17-18
• 1.4.5 连续离子层吸附与反应(SILAR)18
• 1.5 样品的表征18-19
• 1.5.1 扫描电子显微镜(SEM)18
• 1.5.2 X射线衍射仪(XRD)18-19
• 1.5.3 紫外-可见光分光光谱仪(UV-vis)19
• 1.5.4 透射电子显微镜(TEM)19
• 1.6 选题的背景、意义及研究内容19-22
• 1.6.1 选题背景及意义19-20
• 1.6.2 研究内容20-22
• 第二章 ZnO/CdSe(ZS)纳米电缆阵列电极的制备及光伏性能研究22-28
• 2.1 引言22-23
• 2.2 样品的制备23-24
• 2.3 样品表征24-27
• 2.3.1 CdSe壳层对形貌的影响(SEM)24
• 2.3.2 CdSe壳层对结构的影响(XRD)24-26
• 2.3.3 CdSe壳层对光吸收性能的影响(UV-vis)26-27
• 2.3.4 光伏性能分析27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 双壳层ZnO/CdSe/CdTe(ZST)纳米电缆阵列电极的制备及光伏性能研究28-40
• 3.1 引言28-29
• 3.2 样品的制备29-30
• 3.3 结果与讨论30-38
• 3.3.1 CdSe/CdTe双壳层对形貌的影响(SEM)30-32
• 3.3.2 CdSe/CdTe双壳层对结构的影响(XRD)32-33
• 3.3.3 CdSe/CdTe双壳层对微观形貌和结构的影响(TEM和HRTEM)33-34
• 3.3.4 CdSe/CdTe双壳层对光吸收性能的影响(UV-vis)34-35
• 3.3.5 光伏性能分析35-36
• 3.3.6 影响光伏性能的因素研究36-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第四章 ZnO/CdSe_xTe_(1-x)合金纳米电缆阵列制备及光伏性能研究40-48
• 4.1 引言40-41
• 4.2 样品的制备41-42
• 4.3 结果与讨论42-46
• 4.3.1 CdSexTe_(1-x)合金壳层对形貌的影响(SEM)42
• 4.3.2 CdSexTe_(1-x)合金壳层对结构的影响(XRD)42-44
• 4.3.3 CdSexTe_(1-x)合金壳层对光吸收性能的影响(UV-vis)44-45
• 4.3.4 光伏性能分析45-46
• 4.3.5 影响光伏性能的因素研究46
• 4.4 本章小结46-48
• 第五章 结论48-49
• 参考文献49-55
• 附录55-56
• 致谢56

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