CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池研究及硫化钴对电极的应用

摘要

量子点敏化太阳能电池（QDSSCs）是由染料敏化太阳能电池（DSSCs）发展而来，以制造工艺简单，成本低廉著称的第三代太阳能电池之一。它是用高消光系数的无机半导体量子点（QDs）替代传统的有机染料作为光吸收材料，利用量子点材料的量子尺寸和多激子等效应，改善吸光材料的光电转换特性，量子点敏化太阳能电池理论效率高达60％以上。
　　目前，量子点敏化太阳能电池低于7%的光电转换效率（PCE）与传统的硅基薄膜以及染料敏化等太阳能电池相比，仍存在巨大的差距。为了进一步探索量子点敏化太阳能电池的工作特性并提高其光电转换效率，本论文分别对量子点敏化太阳能电池的光阳极再生、电解液优化和硫化钴对电极在其中的应用进行了研究。
　　通过扫描电化学显微镜（SECM）测试，本论文得到 CdSe量子点在多硫、碘和钴化合物电解液中的再生速率常数，最快为51316.7?10 mol?cm s?，是染料 LD14在三种电解液中最快再生速率的四倍。基于量子点敏化太阳能电池中最常用的硫化物电解液的优化，探究电解液中溶剂和溶质对器件关键特性参数（如开路电压、短路电流、填充因子和光电转换效率）的影响。在以上工作的基础上，采用电化学方法在ITO表面沉积针叶片状硫化钴（CoS）作为对电极，利用硫化钴有序堆积的高比表面积蜂窝结构，为电荷交换提供足够的场所，提高对电极催化活性。与化学浴沉积的CoS和高温烧结的Pt对电极相比，其对硫化物S2-/Sn2-电解液的催化活化能为0.177 eV，远小于化学浴沉积CoS对电极的0.244 eV和Pt对电极的0.266 eV，且在电解液接触界面上的电荷传输阻抗RCE值为2Ω cm2，远小于基于化学浴沉积CoS对电极的9.4Ωcm2和Pt对电极的13.5Ω cm2。将其应用于CdS/CdSe/ZnS量子点敏化太阳能电池中，可获得最高光电转换效率为5.2%的器件，明显优于化学浴沉积 CoS器件的4.0%和Pt金属对电极的3.6%。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 太阳能电池的发展

1.3 量子点敏化太阳能电池的发展

1.4 量子点敏化太阳能电池的工作原理与研究热点

1.5 论文研究内容

2 CdS、CdSe量子点的再生动力学研究以及电解液优化

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 CdS、CdSe量子点的再生动力学研究

2.4 硫化物电解液的优化

2.5 本章小结

3 硫化钴对电极在量子点敏化太阳能电池中的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 硫化钴对电极表征

3.4 太阳能电池测试表征

3.5 稳定性分析

3.6 本章小结

4 总结与展望

4.1 工作总结

4.2 主要创新点

4.3 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表学术论文目录

附录2 攻读硕士学位期间申请专利目录