单晶二氧化钛纳米棒阵列的修饰及其在量子点敏化太阳电池中的应用(英文)

使用TiCl4溶液对单晶TiO2纳米棒阵列(TNRs)进行修饰,通过在TiO2纳米棒表面合成TiO2纳米颗粒来提高TNRs的表面积,提高TNRs对量子点的吸附能力,并在此基础上研究了TiCl4修饰时间对基于单晶TNRs的CdS/CdSe量子点敏化太阳电池光伏性能的影响,同时结合强度调制光电流谱(IMPS)研究了TiO2纳米棒阵列的电子传输性能.结果表明:TiCl4修饰可以大幅提高基于单晶TNRs的CdS/CdSe量子点敏化太阳电池的光伏性能,在TiCl4修饰时间为60 h时,其短路电流密度和光电转换效率分别由修饰前的(2.93±0.07)mA·cm-2和0.36%±0.02%提高至(8.19±0.12)mA·cm-2和1.17%±0.07%.同时,IMPS测试表明电子在单晶TiO2纳米棒阵列中的传输速率高于在TiO2纳米颗粒薄膜中的传输速率,证明了单晶TiO2纳米棒阵列在电子传输方面的优越性.

量子点敏化太阳电池光阳极研究进展

在量子点敏化太阳电池的性能研究中,光阳极薄膜的优化一直是研究的重点。除了传统的TiO_2纳米颗粒,通过一些简单实验制备出的纳米管、纳米线阵列,一维核壳纳米结构也被广泛的应用于光阳极中。形貌易于控制的ZnO因与TiO_2具有相似的能带结构和物理性质,又兼具高的电子迁移率而成为比较理想替代物。一维ZnO及其核壳结构半导体材料的制备及性能研究表明,其具有良好的导电性,电荷分离传输效率高,光俘获性能好等优点,已成为量子点敏化太阳电池光阳极研究的重要方向。

量子点敏化太阳电池对电极研究进展

对电极在量子点太阳能电池中具有重要的作用,本文主要介绍了铂、金属硫化物、金属硒化物和复合材料对电极的发展现状。复合材料对电极由于良好的导电和催化性能,且具有较好的稳定性,已经成为获得具有高光电效率的量子点敏化太阳能电池的重要研究方向。

电化学交流阻抗在量子点敏化太阳电池中的应用

研究量子点敏化太阳电池(QDSSCs)电极界面电荷转移,抑制电极界面电荷复合,促进电荷的正向流动成为提高QDSSCs效率急需解决的问题。特别是寻找一种能有效研究光阳极/电解液界面的电荷转移和复合以及对电极催化活性的表征方法。电化学交流阻抗(EIS)是一种常用的研究电极界面阻抗和电容的分析方法。利用EIS可以对QDSSCs光阳极/电解液界面电荷转移,对电极催化活性进行有效的评价。

量子点敏化太阳电池Cu_2S对电极研究进展

对电极是量子点敏化太阳能电池(QDSCs)的重要组成部分,改进对电极是提高QDSCs稳定性,光电转换效率的有效手段之一。本文主要介绍了Cu2S对电极的制备工艺及其存在的优缺点,讨论了Cu2S对电极的在QDSCs应用中的优越性和存在的问题,指出了以Cu2S为对电极是提高QDSCs稳定性和光电转换效率的重要途径。

量子点敏化太阳电池敏化剂的研究

量子点(QDs)的结构和组成决定了量子点敏化太阳电池(QDSSCs)光生电荷的产生、分离、传输及其光电转换效率。本文综述了近年来不同结构和组成的QDs作为敏化剂对QDSSCs效率的影响。

量子点敏化太阳电池中光阳极结构优化的研究进展

量子点敏化太阳电池(QDSSC)因具有高理论能量转换效率和低生产成本而受到研究者的广泛关注。简述了QDSSC的基本结构和工作原理,详细评述了基于半导体氧化物薄膜特别是TiO2和ZnO光阳极结构优化的QDSSC的研究进展,并结合目前QDSSC阳极结构研究中遇到的问题对今后基于光阳极优化的QDSSC发展进行了展望。

硅量子点敏化太阳电池研究

利用冷等离子体制备硅量子点,并用氢化硅烷化的方法对其进行表面改性,得到的硅量子点在短波长光激发下的荧光量子效率约为30%。通过把二氧化钛纳米棒阵列浸泡于分散有硅量子点的有机溶剂中,硅量子点被有效吸附在二氧化钛纳米棒的表面。进而制备硅量子点敏化太阳电池,其效率约为0.1%。

Mn^(2+)掺杂CdS量子点敏化太阳电池的性能

采用连续式离子层吸附与反应(SILAR)法不仅成功制备出CdS量子点敏化的TiO2纳米晶光阳极,而且实现了Mn2+在CdS量子点晶格内部的可控掺杂。应用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对电极的形貌进行了分析和表征。继而通过组装光伏电池研究Mn2+掺杂浓度与电池性能之间的关系。通过测量其紫外-可见吸收光谱及电流密度-电压(J-V)特性曲线考察电池性能随Mn2+掺杂量的变化规律。在研究中发现,掺杂适量的Mn2+有助于提高CdS/TiO2光阳极对可见光的吸收,进而增强太阳电池的能量转换效率。当Mn2+浓度为0.075 mmol/L时,量子点敏化太阳电池(QDSSC)的能量转换效率可达2.85%,较未掺杂的光阳极试样性能提高约50%。

高效率Ⅱ-Ⅵ族(CdS,CdSe,CdTe)量子点敏化太阳电池

简单总结了笔者研究组近三年在量子点敏化太阳电池方面的研究工作。通过发展一些简单可控的合成方法制备了一系列Ⅱ-Ⅵ族量子点敏化的高效率太阳电池。利用连接剂辅助化学浴沉积法,以巯基乙酸为连接剂一步水热制备了单分散CdTe/CdS或CdTe/CdS核壳结构量子点以及量子点敏化的TiO2电极,并分别获得了最高3.80%(CdTe/CdS)和2.83%(CdSe/CdS)的光电转换效率;利用旋涂法在氧化锌纳米线阵列表面依次沉积了CdS/CdSe量子点,并取得了3.45%的光电转换效率;首次利用原位电沉积法在由纳米棒和纳米颗粒共同组成的分等级TiO2微米球电极上直接沉积CdS及CdSe量子点,取得了4.8%的光电转换效率,并用强度调制光电流/光电压谱(IMPS/IMVS)对CdS、CdSe量子点敏化电池和CdS/CdSe量子点共敏化电池进行了动力学研究,该型电池的电子收集效率高达98%。

TiO_2纳米棒阵列微结构对全固态PbS量子点敏化太阳电池光伏性能的影响

利用水热法通过改变生长时间,成功地在透明SnO_2:F导电玻璃/TiO_2致密层基底上制备了三种长度、直径、面密度分别为460 nm、40 nm、340μm-2,630 nm、44 nm、330μm^(-2),720 nm、50 nm、320μm^(-2)的TiO_2纳米棒阵列,并通过旋涂辅助连续离子层吸附反应法制备PbS量子点、以spiro-OMe TAD为固态电解质,组装了全固态PbS量子点敏化TiO_2纳米棒阵列太阳电池,系统研究了TiO_2纳米棒阵列的微结构对PbS量子点的沉积和相应太阳电池光伏性能的影响。结果表明,基于TiO_2纳米棒阵列长度为460 nm、630 nm、720 nm微结构的太阳电池,其光电转换效率分别是2.17%、2.96%和2.74%。

量子点敏化太阳电池硫化铜复合对电极的研究进展

基于热载流子和多激子效应的新型低成本量子点敏化太阳电池(QDSSCs)的理论,光电转换效率高达66%。然而,目前QDSSCs的效率普遍维持在5%,远低于理论值。因此,对电极较低的催化活性和导电性是限制QDSSCs性能提升的主要原因。设计构筑具有高催化活性和导电性的新型对电极成为提高QDSSCs效率的关键。从增强对电极的催化活性和导电性的角度出发,分别阐述了5类硫化铜复合对电极与QDSSCs效率之间的影响关系,明确了复合对电极的构筑及性能优化是今后提升QDSSCs效率的一个关键研究方向。

分等级锐钛矿TiO_2纳米线阵列的制备及其在CdSe量子点敏化太阳电池中的应用

量子点敏化太阳电池是一种新型的第三代高效太阳电池,具有极大的应用前景。本文利用水热法,首先在柔性的钛片基底上生长了光滑的TiO2纳米线阵列,并通过第二步水热反应制备出具有分支结构的分等级TiO2纳米线阵列,研究了其在CdSe量子点敏化太阳电池中的应用。实验结果表明,具有分支结构的分等级材料具有更高的表面积以负载敏化剂,同时保持了一维纳米阵列高效的电子传输特性,因此相比于光滑纳米线阵列,其光电转换效率提升近一倍,在标准光强下测试达到0.72%。

量子点敏化太阳电池研究进展

采用半导体纳米晶(量子点,QD)作为吸光材料的量子点敏化太阳电池(QDSC)因具有高效率和低成本的潜质在新型太阳电池的研究中备受关注。近5年来,QDSC的光电转换效率发展迅速,由不足10%提高到了15%以上,具有良好的发展应用前景。其中,新型近红外CuInSe_(2)基量子点吸光材料的设计开发以及负载量的显著增加促进了QDSC效率的快速提升。本文对近年来CuInSe_(2)基量子点吸光材料的开发及其高负载沉积工艺的研究方面进行了总结评述。

4.81%光电转换效率的全固态致密PbS量子点薄膜敏化TiO_2纳米棒阵列太阳电池（英文）

利用TiO_2纳米棒阵列和在旋涂辅助连续离子层吸附反应过程中使用乙二硫醇的策略,成功地在TiO_2纳米棒阵列上获得了致密PbS量子点薄膜,组装了新颖结构的全固态致密PbS量子点薄膜敏化TiO_2纳米棒阵列太阳电池。研究了TiO_2纳米棒阵列长度对全固态致密PbS量子点薄膜敏化太阳电池光伏性能的影响,发现TiO_2纳米棒阵列长度为290、540和1040 nm时,相应太阳电池的光电转换效率分别是2.02%、4.81%和1.95%。对于组装全固态量子点敏化太阳电池,综合考虑空穴传输长度和量子点担载量的平衡是获得较高光电转换效率的关键所在。

量子点太阳电池中半导体氧化膜与敏化剂结构调控研究进展

新一代太阳电池——量子点敏化太阳电池(QDSSC)由于具有吸收广、多激子和高稳定等独特优势近年来已得到初步发展。从量子点敏化太阳电池的原理入手综述了QDSSC中光阳极半导体氧化膜、量子点敏化剂的种类及两者间的结构调控、量子点制备方法这三大模块的研究进展,从原理上对光阳极半导体氧化膜、敏化剂的性能进行了简要合理的解释,并结合现存的问题提出了今后的发展方向。

高效率CdS/CdSe共敏化Zn_2SnO_4大孔太阳电池研究

以聚苯乙烯(PS)微球为模板,通过水热合成法制备了Zn2SnO4大孔材料。SEM显示其孔径为约200nm,壁厚约70nm,且制备成电极后大孔分布均匀,结构保持完整。然后电沉积法制备了CdS/CdSe共敏化大孔Zn2SnO4电极,EDS mapping显示CdS/CdSe在整个截面分布均匀。以多硫电对为电解液,Pt负载FTO为对电极,组装太阳电池,改变不同CdS沉积电流后,得到最高效率为1.91%。

PbS/CdS量子点的制备及光电性能研究

利用简单的连续离子沉积反应(SILAR)将PbS和CdS量子点(QDs)沉积到TiO2表面上。通过与仅沉积PbS量子点的敏化太阳电池对比,发现PbS/CdS和CdS/PbS量子点提高了电池的光电性能。通过改变PbS和CdS量子点的沉积顺序来研究量子点结构对电池的影响,发现这两种量子点结构中性能优越的是PbS/CdS,推测这种量子点的能带结构可能更有利于电子的注入和空穴的再生。

预先合成量子点组装制备高效量子点太阳电池

量子点太阳电池现已成为极具潜力的"第三代"光伏器件,其优点体现在材料成本低廉,制备工艺简便,以及其敏化剂特有的多激子效应(MEG)潜能和吸光范围可方便调节等方面.但是与染料分子敏化剂相比,量子点敏化剂粒径更大、表面缺乏具有与Ti O2结合的官能团,这导致其在Ti O2介孔中渗透阻力大、难以在Ti O2表面吸附沉积,所以量子点沉积手段在电池组装过程中尤为重要.本文综述了电池组装过程中量子点的沉积方法,分类阐述了直接生长量子点方法:化学浴沉积(CBD)和连续离子层吸附生长(SILAR),以及采用预先合成量子点的沉积方法:连接分子辅助法(LA)、直接吸附法(DA)和电泳沉积(EPD)方法,陈述了各沉积方法的发展过程及相应电池性能的改善,对比了这些沉积方法的优缺点.突出介绍了预先合成量子点的沉积方法,特别是近年来不断优化而凸显优势的连接分子辅助法(LA).总结了此方法快速、均匀沉积以及实现器件高性能的特点,介绍了此方法沉积表面缺陷更少、结构更完善、材料更"绿色化"的量子点敏化剂的最新研究成果.

基于量子点涂料的柔性光阳极及碳基对电极的制备和优化

首先制备出量子点(QDs)/TiO_2涂料,分别采用丝网印刷法与刀刮法将涂料涂覆于ITO/PET柔性基底上,结果表明刀刮法制备量子点敏化太阳电池(QDSCs)效果更佳,且具有普适性。基于铜片对电极所组装的ZnCuInSe,CdSe和CdSeTe量子点半柔性QDSCs最高效率分别达2.83%,2.46%和1.99%。另外,我们对石墨纸进行表面化学修饰以提高亲水性,再通过简单的连续离子交换吸附法(SILAR)在石墨纸上负载Cu_xS纳米粒子,制备出Cu_xS/GP柔性对电极,进一步组装成全柔性QDSCs,获得了2.13%光电转化效率。