量子点敏化太阳能电池中光阳极表面处理的研究
量子点敏化太阳能电池(QDSSC)是敏化太阳电池的一种，目前其光电转换效率不高，远远不能满足实用的需求。由于太阳能电池中光阳极承担着对太阳光光能的吸收及电子传输的任务，因此光阳极的性能对电池的效率起着至关重要的作用。为提高电池的性能，本论文从光阳极着手，对光阳极进行了表面处理，研究了表面处理对太阳能电池性能的影响，具体研究内容如下: 1、通过I-/I2溶液对ZnS/CdS/PbS/CdS/TiO2/FTO敏化薄膜电极进行后处理，研究了后处理对电池性能的影响。结果表明这种处理显著提高了电池的短路电流及电池的光电转换效率。电池的短路光电流由14.4 mAcm-2提升到了21.1 mAcm-2，光电转换效率由3.21％增加到了4.32％;改变后处理溶液的组成发现碘溶液后处理提高电池光电流的作用对PbS敏化电池有效，而对CdS敏化电池无效;XPS结果表明，后处理导致ZnS、CdS及PbS量子点部分溶解，且在PbS表面生成了Pb-I化学键。在此基础上，我们提出了通过后处理提高电池效率是通过表面刻蚀及钝化的机理，即具有较强氧化能力的I2刻蚀PbS表面缺陷，而生成的PbI2进一步钝化PbS量子点表面，从而降低了PbS量子点的表面缺陷态密度。由于缺陷态密度的降低导致光生电子从量子点向TiO2导带的注入增加，因而提高了电池的光电流及光电转换效率。同时，通过光电流-时间关系测试表明，碘溶液处理不但能提高电池的性能，同时具有较好的稳定性。 2、采用钛盐对SnO2薄膜进行表面处理，研究了表面处理对ZnS/CdS/PbS/CdS/SnO2/FTO QDSSC性能的影响。电池性能测量表明表面处理大幅度提高了电池的光电性能。同时发现TiCl4处理后经过100℃干燥所得电池的开路光电压(295 mV)、短路光电流（12.5 mAcm-2）和光电转换效率(1.52％)都比450℃烧结(265 mV，10.9 mAcm-2，0.872％)高。吸收光谱及阻抗测量表明TiCl4处理增大了SnO2薄膜的比表面积，导致更多的量子点沉积，同时提高了量子点向SnO2的电子注入，因而提高了太阳能电池的性能。100℃处理电极电池的光电性能高于450℃热处理电极电池的光电性能，是由于前者所生成TiO2包覆层与金红石相SnO2纳晶薄膜具有更好的晶格匹配。
量子点敏化太阳能电池;光阳极;量子点;表面处理
北京化工大学
硕士
化学
贾建光
2015
中文
TM914.4
95
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）