胶体CdSe量子点敏化TiO_(2)太阳能电池中光电转换行为研究

以NaSeH_(4)水溶液、Cd^(2+)水溶液及巯基乙酸为原料采用水热法制备了水溶性CdSe量子点(QDs),并直接敏化在TiO_(2)光阳极上用于量子点敏化太阳能电池(QDSSC)。通过NaSeH_(4)的用量实现了CdSe QDs的尺寸调节和光谱响应范围调控。光伏性能分析表明尺寸约6nm的CdSe QDSSC效率达到2.26%,明显高于尺寸约4nm和10nm的CdSe QDSSC效率(分别为0.62%和1.39%)。光谱和阻抗分析表明合适的CdSe QDs尺寸能扩大光捕获效率并减少光阳极-电解液界面间的电荷复合,从而提高了光电转换效率。

磷化铟胶体量子点合成及其在敏化太阳能电池中的应用进展

半导体胶体量子点在新型太阳能电池、发光、光电器件和生物医学等领域具有重要的应用价值。目前,对Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族等量子点的合成与应用研究仍然是一个研究热点。磷化铟被认为是Ⅲ-Ⅴ族半导体材料中最有希望替代CdSe和PdS等含镉或含铅半导体的材料。重点对磷化铟胶体量子点的合成方法和其在量子点敏化太阳能电池中的应用现状进行了讨论和展望,并提出磷化铟量子点在合成和光伏应用中面临的问题,期望能为高质量磷化铟量子点的合成以及量子点敏化太阳能电池应用研究提供参考。

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)。

BaSnO_(3)电子传输层在量子点太阳能电池中的应用

电子传输层作为新型薄膜太阳电池重要组成部分承担光生电子的传输角色。研究通过简单共沉淀法合成尺寸分布较好的三元BaSnO_(3)(简称BSO)纳米晶,考察了不同热处理温度对BSO相形成影响规律,XRD测试结果表明:升高温度有利于降低纳米晶中碳酸钡等杂质含量,提高BSO纳米晶相纯度。将合成的BSO纳米晶首次作为电子传输层材料应用于PbS胶体量子点太阳能电池中,在1200℃(2 h)条件下合成的BSO纳米晶对应器件性能优于商业TiO2纳米晶对照组,这主要得益于BSO/PbS量子点界面电荷的高效萃取和低复合。对应同批次最佳器件的性能为:Jsc=25.199 mA·cm^(−2)、Voc=0.480 V、FF=0.534及PCE=6.454%,且表现出良好的工作稳定性。该工作证实BaSnO_(3)纳米材料可作为量子点太阳电池电子传输材料使用,为今后进一步提升同类型器件的性能提供参考。

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.

CsPbBr3量子点辅助结晶制备高效钙钛矿太阳能电池

钙钛矿活性层是钙钛矿太阳电池中的重要组成部分,其成膜质量影响着钙钛矿太阳能电池的器件性能.该文介绍了一种晶体种子辅助钙钛矿薄膜结晶的方法,即在PbI2溶液中预先引入少量的CsPbBr3量子点作为种子晶体,诱导钙钛矿的自下而上结晶,促使形成高质量的钙钛矿薄膜.扫描电子显微镜结果显示,CsPbBr3量子点引入后,钙钛矿薄膜形貌明显改善,晶粒增大、薄膜针孔消失,这表明了CsPbBr3量子点作为种子晶体能够促进钙钛矿薄膜晶粒生长,改善钙钛矿薄膜形貌.高质量的钙钛矿薄膜有助于减少钙钛矿晶界,提升光吸收性能,抑制光生载流子复合,进而提升器件的光电转换性能.最后,将改进后的钙钛矿薄膜组装成太阳能电池,其最佳光电转换效率为20.64%,相应的开路电压为1.08 V、短路电流为24.0 mA·cm^(-2)、填充因子为79.64%.

碘化苯乙胺对量子点修饰的钙钛矿太阳能电池光电性能的影响

量子点中存在的有机绝缘配体较多,在使用CsPbI_(2)Br量子点(QDs)对钙钛矿太阳能电池吸光层界面进行修饰时会导致电池器件的电荷传输性能下降。因此我们通过将钙钛矿吸光层浸泡于1mg/m L碘化苯乙胺(PEAI)的乙酸乙酯溶液中,通过控制浸泡时间的长短来去除CsPbI_(2)Br量子点中的有机绝缘配体,以提高钙钛矿太阳能电池器件的电荷传输性能,进而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率(PCE)。最终得到的钙钛矿太阳能电池器件的光电性能得到显著的增强,PCE从10.50%提升到12.05%。

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。

三芳基咪唑富勒烯吡咯烷衍生物的合成及在CdSe量子点敏化太阳能电池中的应用

设计合成了2个三芳基咪唑类化合物Im(5)和Bn-Im(6),进一步通过1,3-偶极化反应合成了C60吡咯烷衍生物Im-C60(7)和Bn-Im-C60(8),采用FTIR,1H NMR,13C NMR和MALDI-TOF-MS等方法对其结构进行了表征.实验组装了7个太阳能电池,结构分别为FTO/TiO2/CdSe/Pt,FTO/TiO2/C60/Pt,FTO/TiO2/Im-C60/Pt,FTO/TiO2/Bn-Im-C60/Pt,FTO/TiO2/C60-CdSe/Pt,FTO/TiO2/Im-C60-CdSe/Pt和FTO/TiO2/Bn-Im-C60-CdSe/Pt,对其光电性能进行了表征.结果表明,与CdSe敏化太阳能电池相比,以Im-C60-CdSe和Bn-Im-C60-CdSe为敏化剂的电池效率分别增加了5.28%和40.08%.

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.

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%。

CdS量子点敏化TiO_2电极用于太阳能电池研究

采用光催化沉积的方法在TiO_2薄膜上沉积CdS量子点,TEM研究表明CdS量子点大小均一,直径为20nm左右。对CdS量子点制备过程进行了分析,发现生长原理为"原子原位生长过程"(Cd+S=CdS)。紫外-可见光测试结果表明CdS/TiO_2相对于TiO_2薄膜可以极大增强可见光的吸收率;将CdS/TiO_2组装成太阳能电池,电极表现出良好的光电性能,可以在太阳能电池等方面有很好的利用前景。

复合对电极CdS量子点敏化TiO_2纳米管太阳能电池

采用水热法和磁控溅射法相结合,在FTO导电玻璃上分别制备金属Pt和Cu1.8S/CuS薄膜,构成复合对电极,并将其成功应用到CdS量子点敏化TiO_2纳米管太阳电池中.这种复合对电极能够与多硫电解质相匹配,有效地提高量子点敏化太阳能电池的光电转化效率.利用X线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜电极(SEM)和透射电镜(TEM)对复合对电极和TiO_2纳米管光阳极的结构与形貌进行表征,通过AM1.5模拟太阳光测试系统对其光电性能进行表征.结果表明:复合对电相较与传统的Pt对电极和Cu1.8S/CuS单一对电极而言具有明显优势,提高了CdS量子点敏化太阳能电池的短路电流密度(9.27 m A/cm^2)、开路电压(0.577 V)和填充因子(49.4%),最终获得2.64%的光电转化效率.

石墨烯量子点/CdS/CdSe共敏化太阳能电池

以三维锐钛矿TiO_2微球为上层光散射层材料,以商业纳米TiO_2为下层连接材料,采用刮刀法制备了一种新颖的双层TiO_2薄膜,并应用于量子点敏化太阳能电池(QDSSC)。其中,石墨烯量子点(GQDs)采用滴液法引入,Cd S/Cd Se量子点采用连续离子层吸附法(SILAR)制备。采用场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱及荧光光谱对样品进行表征。实验还制备了Cd S/Cd Se量子点敏化及石墨烯量子点/Cd S/Cd Se共敏化太阳能电池,并研究了石墨烯量子点及Cd S不同敏化周期及对电池性能影响。研究结果表明,石墨烯量子点及Cd S不同敏化周期对薄膜的光学性质、电子传输及载流子复合均有较大影响。优选条件下,TiO_2/QGDs/Cd S(4)/Cd Se电池的光电转换效率为1.24%,光电流密度为9.47 m A/cm^2,显著高于TiO_2/Cd S(4)/Cd Se电池的这些参数(0.59%与6.22 m A/cm^2)。这主要是由于TiO_2表层吸附石墨烯量子点后增强了电子的传输,减少了载流子的复合。

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.

AlGaN合金的原子层沉积及其在量子点敏化太阳能电池的应用

本文探究了c面蓝宝石衬底上AlGaN三元合金的等离子增强原子层沉积生长,同时结合量子点敏化太阳能电池的制备,研究了AlGaN合金的作用.AlGaN三元合金在原子层沉积过程中,薄膜与衬底的界面以及带隙都与Al组分有关.高Al组分时,AlGaN合金薄膜与衬底之间有较好的界面,然而Al组分降低时,界面变得粗糙.原子层沉积制备的AlGaN合金具有较高的带隙,与薄膜内的氧含量有关.随后,将AlN/GaN循环比例为1∶1的AlGaN薄膜分别制备CdSe/AlGaN/ZnS和CdSe/ZnS/AlGaN结构电池并进行了量子点太阳能电池的制备和分析.结果发现,AlGaN对量子点和TiO2有修饰钝化作用,可以包裹和保护TiO2和CdSe量子点结构,从而避免了光生载流子的复合.这种修饰作用也体现在改善量子点太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子和光电转化效率方面,尝试从原子层沉积制备的AlGaN薄膜在改变载流子传输方面进行讨论.

ZnS对CdS量子点敏化太阳能电池性能的影响

通过静电纺丝技术，制备TiO2光阳极，在该光阳极上用连续离子吸附与反应法制备CdS／ZnS量子点，并与Pt对电极、多硫化合物电解液组装成量子点敏化太阳能电池（QDSCs）。利用ZnS比CdS导带高的特点，制备CdS／ZnS共敏化量子点。利用X射线衍射对光阳极进行物相分析，扫描电子显微镜和能谱仪进行形貌和元素成分表征，并将组装后的电池通过伏安特性曲线（J-V）进行光电性能分析。结果表明：量子点的引入对TiO2的晶型影响不大；CdS／ZnS量子点成功的附着在TiO2光阳极表面，通过比较不同循玎沉积次数的CdS与Zn2量子点光阳极的光电性能。先对CdS循环浸泡7次、后对ZnS循环浔泡5次数的量子点，光电性能最优，拥有最高的开路电压（0．87V）和光电转换效率（1．09％），与单独的CdS量子点敏化太阳能电池相比较，光电转换效率提高了71．56％。

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%。

CdSe/ZnSe/ZnS量子点在单晶太阳能电池中的应用

将CdSe/ZnSe/ZnS量子点掺入到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中,研究了量子点的发光下转移特性。将420 nm长波滤光片盖在单晶电池上,使电池对300~420 nm波段光谱响应几乎为零,同时排除下转移层抗反射效应的影响,再在滤光片表面制备下转移层,观察到了外量子效率(EQE)值的提升,说明所用量子点可以应用于对300~420 nm波段光谱响应几乎为零的电池上实现频率的下转移,提高EQE。对量子点在太阳能电池中应用的可能性进行了分析,并根据本实验中测得电池的EQE数据,计算了该电池获得提升所需量子点最低的整体荧光量子效率值为87.8%。

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%。