一维纳米材料的合成及其在量子点敏化太阳能电池中的应用

【摘要】：量子点具有独特的量子效应,理论上有很强的光电转换能力。量子点太阳能电池的理论效率可超过60%,远远超过传统晶硅电池的32%的效率极限,量子点敏化太阳能电池在未来有广阔的发展前景。量子点敏化太阳能电池(QDSCs)与染料敏化太阳能电池一样是一个类似夹心三明治型的光伏器件,由纳米晶半导体、量子点敏化剂、氧化还原电解质、以及对电极组成。 纳米半导体薄膜是QDSCs重要的组成部分,研究较多的纳米半导体薄膜是纳米Ti02薄膜。近年来,纳米ZnO以其优良的良好的形貌可控性、电了传输特性等优点越越来越被研究者重视。本文主要从光阳极中纳米半导体薄膜入手,合成纳米半导体材料及其材料的应用。 1、采用溶胶-凝胶法制备出了不同SiO2-TiO2复合纳米材料,利用XRD、 UV-Vis、FT-IR对复合材料进行表征。 2、利用磁控溅射技术,制备了表面均匀、致密的氧化锌薄膜,利用SEM、 XRD对样品进行表征,探究了溅射功率、高温烧结对种子层的晶粒尺寸、结晶性等的影响。 3、利用水热法制备氧化锌纳米棒,探究了溶胶凝胶法、磁控溅射法制备的种子层对水热合成氧化锌纳米棒的表面形貌、直径、长度、长宽比的影响；同时对磁控溅射靶材在制备氧化锌种子层的作用也做了初步研究。 4、以氧化锌纳米棒为光阳极材料,CdSe量子点为量子点敏化剂,多硫电解质为电解质,铂薄膜为对电极组装QDSCs.150W的溅射功率制备的氧化锌种子经过500℃烧结后晶体尺寸变大,以此为种子层制备的氧化锌纳米棒的长度约为2.49μm,平均直径170nm,密度约为10μm-2,长宽比为9.5。基于此为光阳极材料的CdSe敏化的电池(CdSe-QD)短路电流密度3.90A/cm2,开路电压为0.30V,光电转化效率达到0.42%。 【关键词】：二氧化锌 CdSe量子点 磁控溅射 溶胶凝胶 量子点敏化太阳能电池
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4;TB383.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 综述9-24
• 1.1 引言9-10
• 1.2 太阳能电池的发展历史10
• 1.3 太阳能电池的分类10-12
• 1.3.1 硅晶太阳能电池11
• 1.3.2 无机盐多元化合物半导体太阳能电池11-12
• 1.3.3 聚合物太阳能电池12
• 1.3.4 敏化纳米材料太阳能电池12
• 1.4 量子点太阳能电池的物理机理12-16
• 1.4.1 量子点的性质12-13
• 1.4.2 量子点太阳能电池的物理机理13-16
• 1.5 量子点太阳能电池的结构16-21
• 1.5.1 纳米半导体材料16-18
• 1.5.2 量子点敏化剂18-20
• 1.5.3 电解质20-21
• 1.5.4 对电极21
• 1.6 量子点敏化太阳能电池的工作过程21-23
• 1.6.1 电池的工作过程21-22
• 1.6.2 电池中的复合反应22-23
• 1.7 本论文研究内容和意义23-24
• 第二章 实验设计与测试表征24-37
• 2.1 实验药品24-25
• 2.2 实验设备25
• 2.3 实验设计与步骤25-32
• 2.3.1 导电基底FTO玻璃的清洗25-26
• 2.3.2 氧化锌薄膜层的沉积26-29
• 2.3.3 ZnO纳米棒的制备29
• 2.3.4 CdSe量子点的制备29-31
• 2.3.5 多硫电解液的配置31
• 2.3.6 对电极31
• 2.3.7 量子点电池的封装31-32
• 2.4 样品的测试与表征32-37
• 2.4.1 X射线衍射仪32-33
• 2.4.2 场发射扫描电子显微镜(FESEM)33-34
• 2.4.3 场发射透射电子显微镜(FETEM)34-35
• 2.4.4 电池光电性质测量35-37
• 第三章 光阳极纳米材料的制备37-53
• 3.1 ZnO种子层薄膜的制备37-42
• 3.1.1 ZnO种子层结晶性比较37-39
• 3.1.2 种子层形貌表征与分析39-41
• 3.1.3 磁控溅射旋转对种子层的电学性质影响41-42
• 3.2 ZnO纳米棒阵列的制备42-49
• 3.2.1 二步法制备ZnO纳米棒阵列42
• 3.2.2 基底的放置方向的影响42-43
• 3.2.3 溅射功率对纳米棒的影响43-46
• 3.2.4 不同制备方法制备的种子层对纳米棒的影响46-49
• 3.4 TiO_2-SiO_2复合纳米材料的制备49-52
• 3.4.1 材料的制备49-50
• 3.4.2 TiO_2-SiO_2复合纳米材料的表征50-52
• 3.5 小结52-53
• 第四章 CdS量子点敏化太阳能电池的组装以及电池光电性能研究53-58
• 4.1 CdSe量子点敏化太阳电池(QDSCs)的组装53-54
• 4.1.1 氧化锌纳米棒阵列电极的制备53
• 4.1.2 量子点敏化光阳极的制备53-54
• 4.1.3 多硫电解质的配置54
• 4.1.4 Pt对电极的印刷54
• 4.1.5 电池的封装54
• 4.2 电池光电性能表征54-57
• 4.2.1 电池电学性质的表征(I-V)54-56
• 4.2.2 电池的光学性质56-57
• 4.3 本章小结57-58
• 参考文献58-62
• 在学期间的研究成果62-63
• 致谢63

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