二氧化鈦微球基太陽能電池的制備及性能優(yōu)化.pdf

1、20世紀以來，環(huán)境和能源問題的日益加劇迫使人們加快了對清潔新能源的研究與開發(fā)。在眾多清潔能源中，太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的能源而備受關注。染料敏化太陽能電池（DSSC）和量子點敏化太陽能電池（QDSSC）以其制備工藝簡單、高光電轉換效率、價格低廉等特點而受到廣泛研究。在眾多半導體材料中，TiO2以其特殊的光電性質及成本低廉、穩(wěn)定性好、抗腐蝕性好、強氧化性等特點而被廣泛應用于光陽極，并取得了較優(yōu)的光電轉換效率。然而，就目前太陽能電

2、池實際應用的需求而言，其效率偏低仍然是一個不容忽視的問題。因此，如何進一步優(yōu)化光陽極材料：捕獲更多的光以及快速有效的傳輸光生電子，是電池光電性能優(yōu)化中的關鍵問題之一。本論文主要圍繞三維TiO2微球的制備、摻雜改性、在太陽能電池中的應用及性能優(yōu)化等方面開展了如下工作：
　　采用水熱法制備了鈮摻雜的分級銳鈦礦三維TiO2微球，球體由暴露的（001）晶面的納米帶和納米微粒組成；并進一步研究了鈮摻雜TiO2微球對DSSC微觀結構和光伏性能

3、的影響。研究結果表明，Nb5+取代 TiO2晶格中 Ti4+的位置，且TiO2薄膜的帶隙隨著鈮摻雜濃度的改變而變化。與純TiO2電池相比，適量的鈮摻雜TiO2薄膜組裝的DSSC顯示出較強的光電性能。Nb-3.5（Nb3.5mol％）DSSC的轉換效率最佳，為4.99％。與純TiO2電池（4.39％）相比轉換效率高13.7％。這是因為鈮摻雜的太陽能電池具有暴露的高活性（001）晶面，有更高的比表面積可以增加光生電子的數量，而且由于鈮摻雜的

4、TiO2的導帶邊最小值（CBM）降低，電子收集和傳輸能力增強。然而，過量的鈮摻雜導致電池的性能降低，這是由于Nb-TiO2樣品中存在過多的缺陷，導致在缺陷處的電荷復合增強。
　　以三維銳鈦礦TiO2微球為上層光散射層材料，商業(yè)納米TiO2作為下層連接材料，采用刮刀法制備了一種新穎的雙層TiO2薄膜，并將其應用于量子點敏化太陽能電池。其中，石墨烯量子點（GQDs）采用滴液法引入，CdS/CdSe量子點采用連續(xù)離子層吸附法（SILAR

5、）沉積。制備了CdS/CdSe量子點敏化及石墨烯量子點/CdS/CdSe共敏化太陽能電池，并研究了石墨烯量子點及CdS不同敏化周期及對電池性能影響。研究結果表明，石墨烯量子點引入前后及CdS不同敏化周期對薄膜的光學性質、電子傳輸及載流子復合均具有較大的影響。在優(yōu)選條件下，TiO2/QGDs/CdS（4）/CdSe電池的光電轉換效率為1.24%，光電流密度為9.47 mA/cm2。這顯著高于TiO2/CdS（4）/CdSe電池的這些參數（