二氧化锡纳米结构的可控合成及其在量子点敏化光伏电池中的应用
量子点敏化光伏电池(QDSSC)由于其廉价、高效等优点而受到广泛关注。光阳极材料作为QDSSC中的重要组成部分，不仅是量子点的载体，而且对光生电子起着分离和传输的作用。理想的光阳极材料应具有比表面积大、光散射性能好、载流子传输能力高等特点。与传统的阳极材料相比，SnO2具有更高的电子迁移率以及更低的导带位置，因此能与多种半导体量子点进行能级匹配。本文利用一步水热法制备了各种不同形貌的SnO2，并作为光阳极材料应用于QDSSC，通过不同的测试手段研究其生长机理，研究其结构对电池性能提高的影响机制。本文的主要研究内容如下: (1)利用原位沉积的方法生成Ag/Ag2S绿色量子点，并作为高效的光敏化剂敏化SnO2光阳极，同时以Cu2S/Cu为对电极，S2-/Sn2-多硫氧化还原对水溶液为电解液，组装光伏器件，其短路电流密度(Jsc)得到了很大的提升，达到了26.0 mA cm-2。基于光学和电化学性能研究，Jsc的大幅度提高主要得益于Ag纳米颗粒的等离子共振吸收作用提高了阳极膜对入射光的吸收，以及热电子在SnO2/Ag界面的快速的注入。 (2)以正丁醇为反应溶剂，氯化亚锡为前驱物，一步水热法合成了SnO2多级纳米晶体。通过调节反应时间研究其生长机理，所制备的多级结构经由初级纳米晶定向组装和Ostwald熟化两步形成。将所制备的多级纳米晶体应用于CdS/CdSe QDSSC，多级纳米晶的高比表面积和孔径，可以提高对量子点的吸附量。同时膜结构中的定向联接结构减少了晶体界面，因此大幅提升了光生电子在膜中的传输效率，减少了光电子的复合。故此，该电池的转化效率达到了～3％，远高于基于普通纳米颗粒的电池性能。 (3)在乙醇/水混合反应体系中，利用氯化亚锡为前驱物，制备得到了SnO2分级微球结构。通过改变反应的时间，我们认为多级微球结构的形成经由成核、生长、组装、熟化的过程。通过改变醇水比或盐酸的添加量，可以调控初级纳米颗粒的组装，形成实心球，空心球等多种SnO2多级结构。将所制备的SnO2分级微球作为CdS/CdSe共敏化量子点敏化太阳能电池的光阳极材料，由于多级结构优异的光散射作用，极大地提升了电池的短路电流从而达到了更高的转换效率。
二氧化锡;纳米结构;量子点敏化太阳能电池;可控合成
河南师范大学
硕士
无机化学
蒋凯
2015
中文
TM914.4
72
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）