【摘 要】
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当今社会一直致力于寻找煤,石油,天然气等不可再生能源的最佳替代品。作为第三代太阳能电池中最有前途的器件之一,量子点敏化太阳电池(QDSSCs)备受人们关注。其原因可概括为:成本低廉,组分简单,无毒无害,理论效率高等。但是目前的研究效率为14%,仅是其理论效率的三分之一。除了量子点敏化剂对于阳光的利用率不足导致的光电转化效率不高的问题外,作为常用的光阳极材料,常规的TiO2由于其禁带宽度和其高密度的
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当今社会一直致力于寻找煤,石油,天然气等不可再生能源的最佳替代品。作为第三代太阳能电池中最有前途的器件之一,量子点敏化太阳电池(QDSSCs)备受人们关注。其原因可概括为:成本低廉,组分简单,无毒无害,理论效率高等。但是目前的研究效率为14%,仅是其理论效率的三分之一。除了量子点敏化剂对于阳光的利用率不足导致的光电转化效率不高的问题外,作为常用的光阳极材料,常规的TiO2由于其禁带宽度和其高密度的陷阱状态以及光生电子注入效率低等问题,导致光生电子与空穴的快速复合,不利于QDSSCs的光电性能。所以对QDSSCs的光阳极尤其是TiO2的研究也是当前全新的研究方向。针对以上TiO2作为光阳极的不足,本文通过两种方式,对TiO2进行能带调控,并将改性后的TiO2作为光阳极应用到QDSSCs,主要研究工作如下:(1)第一部分,用简单的水热法合成了一种锰掺杂二氧化钛(Mn-TiO2),利用XRD,FT-IR,Raman,UV-vis,FETEM表征了其结构与形貌,分析了与常规TiO2相比,Mn-TiO2作为QDSSCs光阳极的优势。随后将不同量的Mn-TiO2与市售的二氧化钛结合后应用于光阳极膜。使用SILAR技术负载量子点,然后组装成电池。通过J-V,EIS,M-S,OCVD等电化学测试,分析了电池内部的电子的传输与复合情况,以及Mn-TiO2对于电荷的分离作用。特别的,Mott-Schottky曲线表明,含Mn-TiO2的光阳极的平坦带电势更负,因此获得了较高的开路电压。最终,随着添加量的增加,当0.4g Mn-TiO2与P25混合时,其光电转化率最高。敏化剂仅为硫化镉时,优化后电池的短路电流密度为11.5mA·cm-2,开路电压为0.61 V,光电转换效率为2.9%。(2)第二部分,在不同温度下,通过在H2/N2的混合气流中退火TiO2,成功制备了氢化二氧化钛(H-TiO2)纳米晶体。利用XRD,FETEM,UV-vis分析了其结构与形貌,XPS用于确定不同温度氢化后,H-TiO2中产生的氧空位及其含量。将在不同温度下制备的H-TiO2纳米晶体用于QDSSCs的光阳极,经CdS敏化后,分析不同氢化温度对QDSSCs转换效率(η)的影响。在500℃氢化后,QDSSCs显示的短路电流密度为8.03 mA·cm-2,开路电压为0.67 V,在标准AM 1.5全球太阳辐射下的光电转换效率为2.81%,为所有温度中最高。电流性能的增强归因于H-TiO2的高施主密度与窄带隙,它们增加了电子注入的驱动力。而电压的提高是由于H-TiO2平带电势的(Efb)的负向位移。
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