量子点敏化太阳电池电荷复合的抑制

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大力发展低成本高效率的太阳电池是解决能源枯竭和环境恶化问题一种重要途径。量子点敏化太阳电池(QDSC)作为最有潜力的第三代太阳电池,具有制造成本低廉、制备工艺简便和理论转换效率高的优点,近些年来引起了科学界的广泛关注。然而,电池中光阳极和电解液界面间严重的电荷复合,限制了其性能的进一步发展。为此,本文围绕抑制电荷复合过程来开展,通过在电解液中引入正硅酸乙酯(TEOS)原位生成SiO2以及在ZnS势垒层中引入阴阳离子,分别对电解液和ZnS势垒层进行改性,探究其对电池性能的影响。最终发现TEOS作为电解液改性剂以及在ZnS能垒层中引入Se2-和Zr4+均能显著提升电池性能。具体如下:  首先,我们向聚硫电解液中加入TEOS添加剂对电解液进行改性,电化学阻抗和电压衰减测试表明通过电解液中TEOS的加入,QDSC中光阳极和电解液界面的电荷复合被有效抑制了。基于TEOS改性电解液构建的CdSe、CdSeTe以及ZCISe基QDSC的光电转化效率与稳定性都得到了提高。采用电解液中的TEOS浓度为6vol%并且其水解缩聚反应时间为24h时,构建的ZCISe基QDSC的平均光电转换效率(PCE)达到12.3%,打破了当时量子点敏化太阳电池最高效率的记录,为通过抑制电荷复合提升QDSC的光伏性能提供了新方法。  进一步,通过对ZnS高势垒钝化层引入Se2-、Zr4+、La3+、Sr2+、In3+、Cd2+和Pb2+构建阴阳离子参杂型钝化层,采用对光阳极表面修饰的方式提高QDSC的光电性能。实验结果表明,基于阴离子掺杂型的ZnSxSe1-x钝化层构建的ZCISe基QDSC的光电转换效率由9.02%提升至9.73%。对ZnS进行Pb2+阳离子掺杂后电池效率显著下降,而基于Zr4+掺ZnS钝化层构建的ZCISe基QDSC的光电转换效率由9.02%提升至9.67%,其余阳离子掺杂对QDSC性能基本无影响。
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