增强GaAs/AlGaAs量子点太阳能电池的设计

随着石油等能源带来的环境污染问题越来越严重,人们对开发清洁、可再生的太阳能的需求也越来越迫切。针对这种现状,设计了一个表面等离激元量子点太阳能电池,它是通过在常规4周期GaAs/AlGaAs量子点太阳能电池的顶端和底端分别引入金属光栅、反射层构成。结果表明,该电池能通过顶端的金属光栅来激发表面等离激元增强透射光,并结合底端的反射作用实现了吸收率的大幅度提升,最大吸收率高达91.44%,同时其量子效率在波长566.9 nm处显示出最大值35.7%。

ZnO/PbS异质结量子点太阳能电池的界面修饰及稳定性研究

对ZnO/PbS异质结量子点太阳能电池的界面修饰及稳定性进行研究,采用ZnO电子传输层掺杂金属Mg及引入电子阻挡层两种界面修饰方法,制备了不同的量子点太阳能电池器件,并对其进行伏安特性测试。结果表明,界面修饰可调整界面能级结构、减少缺陷复合、增强电荷传输。经过界面修饰的器件获得了9.46%的光电转换效率(PCE),分别比未掺杂的器件(PCE为5.41%)和无电子阻挡层结构的器件(PCE为1.60%)提升了约75%和491%。此外,经过30 d的空气暴露后,界面修饰后的器件仍能保持原有PCE的95%以上。

基于表面等离子体增强的量子点太阳能电池的研究

量子点太阳能电池性能决定其实现高效低价,可有效的缓解传统能源压力,推动可持续发展战略的落实,所以量子点太阳能电池的相关研究一直受到高度重视,理论上基于表面等离子体增强的量子点太阳能电池可有利的推动量子点太阳能电池向高效的方向发展,本文基于对表面等离子体增强的量子点太阳能电池产生更加全面的认识,在对量子点太阳能电池进行系统分析的基础上,对表面等离子体增强的量子点太阳能电池展开研究。

量子点太阳能电池器件的电子萃取方式研究

在量子点太阳能电池QDSSCs和双异质结构(DH)QD器件中,量子点的高CB是ETM(光阳极)CB的驱动力。因此,器件材料的萃取电子能力是量子点太阳能电池性能的重要指标。本文详细阐述了目前应用最为广泛的萃取电子的五种方法,并论述了各种方法对器件性能指标如电子迁移率、带隙等的影响,为量子点太阳能电池器件的设计、制备及应用提供了参考。

In掺杂对CdS/CdSe共敏化量子点太阳能电池性能的影响

以氧化钛(TiO_2)膜为半导体膜,制备了CdS/CdSe量子点共敏化的量子点敏化太阳能电池(Quantum Dot-sensitized Solar Cells,简称QDSSCs)。采用连续离子层吸附和反应法制备了CdS量子点,采用化学浴沉积法制备了CdSe量子点,主要研究了In掺杂量和In掺杂方式对电池性能的影响。当In掺杂到CdS中,并且In掺杂量为9%时,所得电池性能最优。短路电流密度(short cruciut current density,Jsc)达到14.53 mA/cm^2,开路电压(open circuit voltage,Voc)为0.58 V,填充因子(fill factor,FF)为0.58,光电转化率(photoelectric conversion efficient,PCE)达到4.91%。In掺杂相比不掺杂的电池的光电转化率提高了131%。

CdS/CuInS_2/In_2S_3量子点太阳能电池的制备与性能

连续离子层吸附法(SILAR)是制备量子点最有效的方法之一,本文采用LILAR法制备了CdS/CuInS_2/In_2S_3量子点光阳极,采用SEM、EDS、EIS和吸收光谱对该光阳极的特性进行了表征分析,并研究了其做为量子点敏化太阳能电池(QDSCs)光阳极的电化学特性。结果表明,采用CdS/CuInS_2/In_2S_3量子点的QDSCs较采用CuInS2的QDSCs短路电流、填充因子和光电转换效率,分别提高了97%、46%和226%。

NiO光电阴极膜厚对量子点敏化太阳能电池性能的影响

为探究量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)中光阳极薄膜材料的最佳制备条件,通过一步高温水热法合成p型NiO纳米颗粒,并采用超声法将其制备成NiO浆料,丝网印刷在导电玻璃上以形成NiO薄膜.NiO薄膜可作为量子点敏化太阳能电池的光电阴极,结合Cu2S对电极和多硫化物电解质组装成太阳能电池.通过对不同膜厚NiO光电阴极薄膜的研究及反复测试,结果表明:当NiO薄膜材料膜厚为21μm时该电池存在最高的光电转换效率.

量子点敏化太阳能电池研究进展

量子点敏化太阳能电池(QDSCs)因其制备成本低、工艺简单及量子点(QDs)本身的优异性能(如尺寸效应、多激子效应)等优点,近年来受到广泛关注。在此类电池中,无机半导体量子点敏化剂作为吸光材料,其自身的光电性质、制备方法、表面缺陷、化学稳定性及其在TiO_2光阳极上的敏化方法等是影响电池性能的关键。本文综述了无机半导体量子点敏化剂(包括窄带隙二元量子点、多元合金量子点及Type-II核壳量子点)的最新研究进展,重点介绍了胶体量子点的制备方法;分类阐释了量子点在TiO_2光阳极表面的沉积与敏化方法,特别是双官能团辅助自组装吸附法;总结了针对提高电子注入效率和减少复合的量子点表面修饰方法;最后简要介绍了QDSCs的电解质和对电极的研究进展。

温度对多硫电解质及量子点敏化太阳能电池性能的影响

采用电化学的方法研究了温度对多硫电解质导电性能及量子点敏化太阳能电池光电性能的影响.结果表明:随着温度的升高,电解质的电导率逐步升高,多硫离子在电解质中的扩散阻力变小;另外,随着温度的升高,量子点敏化太阳能电池的光电转化效率逐渐降低,这主要是由于在较高的温度下,电池的暗反应逐渐增大和量子点的脱附引起的.

CdSe／ZnS量子点敏化太阳能电池电子注入与光伏性能表征

合成了CdSe/ZnS核壳结构量子点(QDs),将其作为光敏剂吸附在TiO2纳米晶薄膜上,组装成量子点敏化太阳能电池(QDSSCs),从电子注入速率和电池性能两方面对QDSSCs进行了表征.为了定量研究ZnS层包覆对电子注入的影响,运用飞秒瞬态光谱技术,测试了包覆ZnS前后,CdSe-TiO2体系的电子注入速率.实验测得ZnS包覆前后电子注入速率分别为7.14×1011和2.38×1011s-1,可以看出包覆后电子注入速率明显降低,仅为包覆前的1/3.电池器件J-V性能测试表明,ZnS作为绝缘层包覆在CdSe的表面有效提高了QDSSCs的填充因子和稳定性,但同时也导致了效率的降低.上述结果说明了电子注入速率的降低是导致电池电流和效率下降的重要原因,为今后优化核壳结构QDSSCs的电流和效率提供了依据.

CuInS_2量子点敏化太阳能电池中尺寸依赖的电子注入和光电性质

研究了CuInS2(CIS)量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)的电子注入和器件性能与粒子尺寸之间的依赖关系.首先合成了不同尺寸的CuInS2量子点(QDs),制备了CuInS2量子点敏化的TiO2薄膜,并组装了量子点敏化太阳能电池.通过循环伏安法确定了CuInS2量子点的能级位置.采用时间分辨荧光光谱分析测量了CuInS2量子点到TiO2薄膜的电子转移速率和效率.结果发现,随着粒子尺寸从4.0 nm减小到2.5 nm,电子注入速率略微增加而电子注入效率减小,同时量子点敏化太阳能电池的开路电压基本不变,而光电转换效率、短路电流和填充因子(FF)均减小.上述研究结果表明量子点敏化太阳能电池性能的优化可以通过改变量子点的尺寸来实现.

高活性硫化铅电极的制备及在量子点敏化太阳能电池中的应用

为了提高量子点敏化纳晶薄膜太阳能电池的光电转换效率,我们通过连续在酸和多硫溶液中处理铅片制备了对多硫电解液具有高电催化活性的硫化铅电极.通过电化学阻抗谱测试评价所制备硫化铅电极的催化活性,从而确定制备高效硫化铅电极的最佳条件.以在最佳条件下制备的硫化铅为对电极、CdSe量子点敏化TiO2纳晶薄膜为工作电极和多硫电解液组装成量子点敏化太阳能电池.光电性能测试结果表明所制备的电极具有良好的催化活性和光电转换性能.与已报导的方法相比,新方法大幅度地减少制备过程所需的时间,但却提高了所制备的硫化铅对电极的催化活性.通过X射线衍射和扫描电镜测试表征了硫化铅的生成过程,探讨了催化活性提高的原因.

CdS量子点敏化TiO_2纳米线束阵列太阳能电池的研究

采用水热合成技术,以盐酸、去离子水和酞酸丁酯为反应前驱物,在透明导电玻璃衬底(FTO)上生长TiO2纳米线束阵列,以化学浴沉积技术制备CdS量子点敏化TiO2纳米线束阵列光阳极。研究了CdS量子点敏化的循环周期对太阳能电池的光伏性能、单色光光子-电子转换效率、静态和动态光电流的特性的影响规律。结果表明:CdS量子点的大小和密度随着敏化循环周期的增加而增加,当敏化循环的周期为15次时,单色光光子-电子转换效率最高,电池的短路电流密度为0.61 mA/cm2,开路电压为0.65 V,填充因子为0.50,光电转换效率为0.20%。通过强度调制的光电流谱分析,得到光生电子在光阳极中的扩散系数为3.2×10-6cm2/s,传输时间为2.1×10-2s。

高效CdS量子点敏化B/S共掺杂纳米TiO_2太阳能电池的制备及光电性能研究

采用水热法制备硼硫(B/S)共掺杂纳米二氧化钛(B-S-TiO_2),并配制成浆料,利用丝网印刷技术在FTO导电玻璃上制备B-S-TiO_2薄膜;用化学浴沉积(CBD)法制备了CdS量子点敏化B-S-TiO_2薄膜电极,并用X射线衍射(XRD)、电子显微镜(TEM)、元素分析能谱(EDS)和紫外–可见光谱对其进行表征分析;结果显示:B/S共掺杂不会改变TiO_2的晶型,掺杂后的TiO_2吸收边带发生明显红移,吸收强度显著增强;同样用化学浴沉积的方法制备Ni S工作电极,用改性的聚硫化物((CH3)4N)2S/((CH3)4N)2Sn)电解液,组装CdS量子点敏化硼硫(B/S)共掺杂纳米二氧化钛(B-S-TiO_2)太阳能电池,并测试电池光电性能。测试结果表明,在AM1.5G的照射下,电池的能量转化效率(η)由3.21%增大到3.69%,提高了14.9%,电池获得高达(Voc)1.218 V的开路电压和3.42 m A/cm2的短路光电流(Jsc),以及高达88.7%的填充因子(ff)。

胶体CdSe/CdTe核壳Ⅱ型量子点敏化太阳能电池

为了探讨Ⅱ型量子点在敏化太阳能电池中的应用前景,采用胶体化学法制备了CdSe/CdTe核壳Ⅱ型量子点,替代染料敏化TiO2形成光阳极,与Pt对电极、电解液组装成量子点敏化太阳能电池.电池光电转换性能测量结果表明该电池具有0.86%的能量转换效率.通过测量Ⅱ型量子点吸附在TiO2和FTO基板上的荧光寿命、电池的电化学阻抗谱,探讨电池性能的内在机理.荧光寿命测量结果表明电子从CdSe/CdTe转移到TiO2上速率较慢,从而电荷复合的几率提高,导致CdSe/CdTe核壳量子点敏化电池的短路电流密度较低.电化学阻抗谱表明Ⅱ型量子点具有更长的电子寿命,由此显示其在太阳能电池应用上具有潜在的优势.

硫基离子液体电解质拓宽量子点敏化太阳能电池的应用温度范围(英文)

制备了1-甲基-3-丙基咪唑硫离子液体电解质,并应用在量子点敏化太阳能电池中。通过优化S和Na2S的浓度,电解质的电导率在25°C下达到了12.96 m S?cm^(-1)。差示扫描量热法分析表明离子液体电解质的玻璃化转变温度为-85°C。采用该电解质的量子点敏化太阳能电池在25°C下达到了3.03%的光电转化效率(η),与采用水基电解质的电池的效率3.34%接近。由于本文中的离子液体电解质具有低玻璃化转变温度和不易挥发的优点,采用离子液体电解质的量子点敏化太阳能电池在-20°C(η=2.32%)及80°C(η=1.90%)的温度下表现出了比水基电解质优异的光电转化性能。

CdS量子点敏化TiO_2纳米颗粒多孔薄膜太阳能电池性能研究

以CdS量子点敏化TiO2纳米颗粒多孔薄膜为光阳极,与多硫电解液和Pt对电极组装太阳能电池,研究了光阳极厚度和敏化周期对光伏性能的影响。结果表明,TiO2纳米颗粒多孔薄膜的最佳厚度为14μm,最佳CdS量子点敏化周期为20,由此得到的太阳能电池的短路电流密度J sc、光电转换效率η和量子效率分别为4.51 mA/cm2、0.76%和69%。在光阳极中采用TiO2纳米颗粒/TiO2纳米线多孔薄膜双层工作电极,TiO2纳米线散射层增加了对入射光的利用率,使电池在可见光波段的量子效率增加,从而使电池的短路电流密度J sc和光电转换效率分别比原来提高了11.6%和10.5%。

量子点敏化太阳能电池研究进展

量子点敏化太阳能电池因其优点众多(如制备工艺简单、成本低以及理论光电转换效率高等)而备受关注,目前最高效率已经突破13%.而电池性能的优劣主要由光阳极、对电极以及电解质共同决定,本文从以上几部分入手并简要阐述了量子点敏化太阳能电池由哪些重要部分构成、对外电路工作的内部反应机制和各重要部件当前的探索现状,着重综述了光阳极当前的研究成果以及存在的问题,并对光阳极的优化途径进行了展望.

量子点敏化太阳能电池的研究现状及进展

量子点敏化太阳能电池(QDSC)是目前光伏领域的研究热点之一。本文阐述了QDSC的基本结构及工作原理,主要从QDSC的电解质、敏化剂、光阳极等三个方面探讨了提升光电转化效率的方法。共敏化作为新兴的提高转换效率的方法不可低估。为了拓宽QDSC的光谱吸收范围,将不同种类和尺寸的量子点组装在纳米管阵列上,量子点的粒径呈梯度分布,显著增加对太阳光的吸收率,QDSC的光电转化效率得到明显提升。文章最后对QDSC存在的问题及性能优化措施做了阐述。

密度可控的TiO_2纳米线束阵列合成及其在量子点敏化太阳能电池上的应用

采用水热合成技术,以盐酸、去离子水和钛酸丁酯为反应前驱物,直接在透明导电玻璃(FTO)衬底上合成了具有金红石结构的TiO2纳米线束阵列。通过改变反应前驱物中钛酸丁酯的添加量,实现了对TiO2纳米线束阵列密度的调控。以TiO2纳米线束阵列为光阳极、CdS为敏化剂,组装了量子点敏化太阳能电池器件,并研究了纳米线束阵列的密度对电池光伏性能的影响。结果表明:纳米线的密度过高或过低均不利于电池光伏性能的提高。纳米线的优化密度为11.8×106/mm2,此时电池的光电转换效率达到了0.947%。