CuInS2量子點(diǎn)敏化鈦酸納米帶薄膜的制備、表征與性能研究.pdf

1、近年來，能源危機(jī)和環(huán)境問題日益嚴(yán)重，而太陽(yáng)能是一種取之不盡，用之不竭的無(wú)污染能源，利用太陽(yáng)能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換成為解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的重要途徑。
　　 鈦酸納米材料是一種新型的納米材料，具有特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，具有較高的光催化效應(yīng)和特殊的可見光區(qū)吸收和光致發(fā)光現(xiàn)象，由于傳統(tǒng)的TiO2只能吸收紫外光部分而影響其光電轉(zhuǎn)換效率，因此鈦酸納米材料在光伏陽(yáng)極材料方面有著廣泛的應(yīng)用前景。
　　 自Michael Gratzel提出染料敏

2、化太陽(yáng)能電池以來，有機(jī)染料一直是一個(gè)研究熱點(diǎn)，然而其成本高、壽命短、性能不穩(wěn)定。因此采用無(wú)機(jī)半導(dǎo)體量子點(diǎn)取代有機(jī)染料成為太陽(yáng)能電池的全新研究方向。CuInS2是一種無(wú)毒、低成本、性能穩(wěn)定的Ⅱ-Ⅲ-Ⅵ三元直接帶隙無(wú)機(jī)半導(dǎo)體化合物，其吸收系數(shù)大，禁帶寬度為1.5eV，接近太陽(yáng)能電池的最佳禁帶寬度。因此，采用CuInS2半導(dǎo)體量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池具有更大的應(yīng)用前景。
　　 為了獲得高效光電轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池，本文提出采用CuInS2

3、量子點(diǎn)敏化一維鈦酸納米帶薄膜太陽(yáng)能電池的思路。首先采用熱堿水熱法和絲網(wǎng)印刷法制備一維鈦酸納米帶薄膜，然后采用自組裝法在一維鈦酸納米帶薄膜表面沉積CuInS2量子點(diǎn)，制備CuInS2量子點(diǎn)敏化一維鈦酸帶薄膜光陽(yáng)極，組裝成量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的表征和性能測(cè)試。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　 1、采用熱堿水熱法和絲網(wǎng)印刷法合成一維鈦酸納米帶薄膜，分析了絲網(wǎng)印刷制度和熱處理溫度對(duì)一維鈦酸納米帶薄膜的組成成分、形貌結(jié)構(gòu)和性

4、能的影響。研究表明薄膜鈦酸納米帶長(zhǎng)度為1-3μm，寬度為100-200 nm，厚度為10 nm并且截面為矩形；當(dāng)絲網(wǎng)印刷次數(shù)為3次的時(shí)候，薄膜厚度為10μm，為太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極最佳厚度，對(duì)應(yīng)的紫外-可見光光吸收強(qiáng)度最強(qiáng)。通過確定其吸收邊界增，由理論計(jì)算可知一維鈦酸納米帶薄膜的禁帶寬度為3.0eV；熱處理溫度為350℃形成鈦酸納米帶薄膜物相較純，而熱處理溫度為450℃銳鈦礦相出現(xiàn)，改變薄膜晶體結(jié)構(gòu)。
　　 2、采用二步法制備CuI

5、nS2量子點(diǎn)材料，對(duì)其組成成分、形貌微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能研究表明制備出的CuInS2量子點(diǎn)物相單一，其顆粒尺寸為19.3 nm，分散較好，排列比較均勻；從紫外-可見光光譜分析中可以看出控制合成工藝可以實(shí)現(xiàn)不同直徑的CuInS2量子點(diǎn)的制備，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在紫外和可見光全光譜范圍內(nèi)都具有較好的光吸收，
　　 3、以膦酸類表面活性劑MPA為有機(jī)耦合劑，采用一維鈦酸納米帶薄膜作為光陽(yáng)極，實(shí)現(xiàn)CuInSz半導(dǎo)體量子點(diǎn)敏化一維鈦酸納米帶薄膜的

6、制備。通過XRD圖譜和SEM圖像分析可知薄膜表面吸附了一層排列均勻的CuInS2量子點(diǎn)，顆粒尺寸為10-20 nm左右；研究表明隨著敏化時(shí)間的增加薄膜表面CuInS2量子點(diǎn)的吸附量增加，薄膜的紫外-可見光光吸收逐漸增強(qiáng)，吸收邊界逐漸紅移，但敏化時(shí)間為7分鐘的時(shí)候，紫外-可見光光吸收強(qiáng)度下降；隨著敏化次數(shù)的增加，薄膜表面CuInS2量子點(diǎn)的吸附量增加，光吸收強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，吸收邊界逐漸紅移，當(dāng)敏化次數(shù)達(dá)到14次的時(shí)候，CuInS2量子點(diǎn)幾乎