量子点敏化太阳电池氧化膜与敏化剂的优化研究

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作为第三代太阳电池,量子点敏化太阳电池(Quantum Dots Dye-sensitized Solar Cells,QDSSC)由于其低制备成本及较高理论光电转换效率受到了研究者们的广泛关注。由于QDSSC的光阳极是电池工作最核心的部分,因此光阳极结构的优化对提升电池效率起着重要作用。本文首先介绍了QDSSC的结构和原理,从QDSSC的结构出发开展了QDSSC量子点敏化剂与光阳极界面修饰两个方面的研究,并重点讨论了在结构优化前后电池的性能变化。论文的主要内容为:第一章介绍了QDSSC的研究背景,讲述了QDSSC的结构、原理,并简要综述了QDSSC中光阳极各组成部分的发展现状;第二章讲述了通过一种新的制备方式,即化学浴共沉积法制备了Mn元素掺杂的量子点敏化太阳电池,Mn元素引入CdSe量子点后,对光阳极与器件进行了光吸收、光电特性、表面形貌SEM分析、EDS元素分析、EIS阻抗分析等,讨论了其光伏性能的变化原因。Mn元素被引入CdSe量子点后提升了工作电极的光吸收和光电子捕获能力,且由于Mn元素的存在,器件中的光生电子寿命得到了提升,界面处的电子复合的可能性降低,有效提高了电池光电转换性能。最终,器件效率相对于未掺Mn器件提升了43%,达到了4.9%。第三章介绍了对三维有序TiO2的QDSSC光阳极结构优化工作。首先以聚苯乙烯小球模板法制备三维有序TiO2薄膜,并制备电池器件。与传统的二维TiO2薄膜相比,三维有序TiO2薄膜扩大了氧化膜的比表面积以确保充分的量子点负载量,随后,引入了一种新的界面修饰,即SiO2钝化层,以改善光生电子在基于三维有序TiO2薄膜的QDSSC光阳极中的传输,并且抑制了电子-空穴对在传输中的复合,最终提升了电池的光电转换效率。本研究通过对量子点敏化剂与光阳极界面修饰,改进QDSSC的光阳极结构,使电池的光电转换效率得到了一定的提升。
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