量子点敏化太阳电池

基于量子限域效应的新型太阳电池——量子点敏化太阳电池(QD-SSCs),由于其最大理论转化效率超过了传统的Shockley-Queisser极限效率,已经成为目前最具研究潜力的太阳电池之一。本文综述了近几年来QD-SSCs领域的研究进展,主要从半导体氧化物纳米材料,特别是其低维纳米结构下的特殊性能;金属硫族化合物纳米晶;电解质;对电极等几个方面评述了电池材料的研究进展。另外,从量子点材料的制备和组装方面简述了目前电池光阳极的研究情况,并介绍了提高量子点光敏化性能的几个新途径。最后,从开路电压和短路电流角度分析了影响电池性能的几个关键因素,并对QD-SSCs今后的发展进行了展望。     

硫化亚铜对电极在量子点敏化太阳电池中的应用

报道了一种基于硫族金属复合物N₄H₉Cu₇S₄前驱体溶液制备硫化亚铜对电极的新方法. 分别制备了TiO₂纳米颗粒多孔薄膜和TiO₂纳米棒阵列结构的光阳极, 并在此基础上研究了基于硫化亚铜对电极的CdS/CdSe量子点敏化太阳电池的光电性能, 同时结合电化学阻抗技术考察了硫化亚铜对电极的催化性能. 结果表明: 与铂电极相比, 本方法制备的硫化亚铜电极对多硫电解质具有更高的催化活性, 所组装的CdS/CdSe量子点敏化太阳电池具有更优的光伏性能.     

4.81%光电转换效率的全固态致密PbS量子点薄膜敏化TiO2纳米棒阵列太阳电池

A compact PbS quantum-dot thin film was prepared using the combination of TiO₂ nanorod arrays and 1, 2-ethanedithiol following the spin-coating assisted successive ionic layer absorption and reaction procedure. Solar cells with the novel structure of FTO/compact PbS quantum-dot thin film sensitized TiO₂ nanorod arrays/spiro-OMeTAD/Au were assembled. Subsequently, the influence of the length of TiO₂ nanorod arrays on the photovoltaic performance of all-solid-state compact PbS quantum-dot thin film sensitized solar cells was evaluated. The corresponding solar cells having TiO₂ nanorod array lengths of 290, 540, and 1040 nm achieved photoelectric conversion efficiencies (PCE) of 2.02%, 4.81%, and 1.95%, respectively. These results reveal that in order to achieve high PCE values with the all-solid-state quantum dot sensitized solar cells, it is very important to balance the hole diffusion length with the loading amount of quantum-dots.     

量子点敏化太阳能电池研究进展

量子点敏化太阳能电池(QDSCs)因其制备成本低、工艺简单及量子点(QDs)本身的优异性能(如尺寸效应、多激子效应)等优点,近年来受到广泛关注。在此类电池中,无机半导体量子点敏化剂作为吸光材料,其自身的光电性质、制备方法、表面缺陷、化学稳定性及其在TiO₂光阳极上的敏化方法等是影响电池性能的关键。本文综述了无机半导体量子点敏化剂(包括窄带隙二元量子点、多元合金量子点及Type-Ⅱ核壳量子点)的最新研究进展,重点介绍了胶体量子点的制备方法;分类阐释了量子点在TiO₂光阳极表面的沉积与敏化方法,特别是双官能团辅助自组装吸附法;总结了针对提高电子注入效率和减少复合的量子点表面修饰方法;最后简要介绍了QDSCs的电解质和对电极的研究进展。     

CdSe量子点敏化纳米二氧化钛太阳电池的电化学交流阻抗谱

量子点敏化纳米TiO2太阳电池(QDSSCs)具有诱人的发展前景,但是与传统的染料敏化太阳电池(DSSCs)相比,其目前的光电转换效率还非常低(仅为3%左右).为了寻找QDSSCs光电转换效率低的原因,本文主要采用外加偏压下的交流阻抗谱技术对通常以S2-/S-x离子对为电解质的CdSe胶体量子点敏化纳米TiO2电极的准...     

化学浴沉积方法制备硫化铟敏化太阳电池及其性能研究

硫化铟是一种稳定、低毒性的半导体材料. 本文采用低成本的化学浴沉积方法制备了硫化铟敏化太阳电池, X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)结果表明形成了硫化铟敏化的二氧化钛薄膜. 化学浴沉积温度对所得硫化铟敏化薄膜的形貌有显著的影响, 进而影响电池性能. 温度太低时, 化学浴沉积反应速率太低, 只发生少量沉积; 温度太高时, 化学浴沉积反应速率较快, 硫化铟来不及沉积到二氧化钛多孔薄膜内部. 当温度在40℃时, 硫化铟沉积均匀性最好, 薄膜的光吸收性能最佳, 电池的短路电流最大, 另外, 填充因子达到最佳, 为65%, 电池总体光电转换效率为0.32%.     

单晶二氧化钛纳米棒阵列的修饰及其在量子点敏化太阳电池中的应用(英文)

使用TiCl4溶液对单晶TiO2纳米棒阵列(TNRs)进行修饰,通过在TiO2纳米棒表面合成TiO2纳米颗粒来提高TNRs的表面积,提高TNRs对量子点的吸附能力,并在此基础上研究了TiCl4修饰时间对基于单晶TNRs的CdS/CdSe量子点敏化太阳电池光伏性能的影响,同时结合强度调制光电流谱(IMPS)研究了TiO2纳米棒阵列的电子传输性能.结果表明:TiCl4修饰可以大幅提高基于单晶TNRs的CdS/CdSe量子点敏化太阳电池的光伏性能,在TiCl4修饰时间为60 h时,其短路电流密度和光电转换效率分别由修饰前的(2.93±0.07)mA·cm-2和0.36%±0.02%提高至(8.19±0.12)mA·cm-2和1.17%±0.07%.同时,IMPS测试表明电子在单晶TiO2纳米棒阵列中的传输速率高于在TiO2纳米颗粒薄膜中的传输速率,证明了单晶TiO2纳米棒阵列在电子传输方面的优越性.     

高活性硫化铅电极的制备及在量子点敏化太阳能电池中的应用

为了提高量子点敏化纳晶薄膜太阳能电池的光电转换效率,我们通过连续在酸和多硫溶液中处理铅片制备了对多硫电解液具有高电催化活性的硫化铅电极. 通过电化学阻抗谱测试评价所制备硫化铅电极的催化活性,从而确定制备高效硫化铅电极的最佳条件. 以在最佳条件下制备的硫化铅为对电极、CdSe量子点敏化TiO₂纳晶薄膜为工作电极和多硫电解液组装成量子点敏化太阳能电池. 光电性能测试结果表明所制备的电极具有良好的催化活性和光电转换性能. 与已报导的方法相比,新方法大幅度地减少制备过程所需的时间,但却提高了所制备的硫化铅对电极的催化活性. 通过X射线衍射和扫描电镜测试表征了硫化铅的生成过程,探讨了催化活性提高的原因.     

高活性硫化铅电极的制备及在量子点敏化太阳能电池中的应用

为了提高量子点敏化纳晶薄膜太阳能电池的光电转换效率,我们通过连续在酸和多硫溶液中处理铅片制备了对多硫电解液具有高电催化活性的硫化铅电极.通过电化学阻抗谱测试评价所制备硫化铅电极的催化活性,从而确定制备高效硫化铅电极的最佳条件.以在最佳条件下制备的硫化铅为对电极、CdSe量子点敏化TiO2纳晶薄膜为工作电极和多硫电解液组装成量子点敏化太阳能电池.光电性能测试结果表明所制备的电极具有良好的催化活性和光电转换性能.与已报导的方法相比,新方法大幅度地减少制备过程所需的时间,但却提高了所制备的硫化铅对电极的催化活性.通过X射线衍射和扫描电镜测试表征了硫化铅的生成过程,探讨了催化活性提高的原因.     

三种CuS对电极的制备及其对量子点敏化太阳能电池光电性能的影响

近几年,量子点敏化太阳能电池因其具有低成本、易合成、高的光电转换效率等优点而广受关注. 半导体金属硫化物具有良好的物理和化学性质,被广泛应用于各个领域,其中,铜硫化物凭借其优异的电化学催化活性,而成为量子点敏化太阳能电池良好的对电极材料. 本文通过3种不同的方法在FTO表面生长CuS纳米阵列（依次记为CuS-1、CuS-2、CuS-3）,并对样品进行晶相表征、表面形貌分析、电化学性能测试以及相应量子点敏化太阳能电池器件组装,最终发现CuS-3样品具有最优的光电性能.     

CuInS_2量子点敏化太阳能电池中尺寸依赖的电子注入和光电性质

研究了CuInS2(CIS)量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)的电子注入和器件性能与粒子尺寸之间的依赖关系.首先合成了不同尺寸的CuInS2量子点(QDs),制备了CuInS2量子点敏化的TiO2薄膜,并组装了量子点敏化太阳能电池.通过循环伏安法确定了CuInS2量子点的能级位置.采用时间分辨荧光光谱分析测量了CuInS2量子点到TiO2薄膜的电子转移速率和效率.结果发现,随着粒子尺寸从4.0 nm减小到2.5 nm,电子注入速率略微增加而电子注入效率减小,同时量子点敏化太阳能电池的开路电压基本不变,而光电转换效率、短路电流和填充因子(FF)均减小.上述研究结果表明量子点敏化太阳能电池性能的优化可以通过改变量子点的尺寸来实现.     

量子点敏化太阳能电池对电极研究进展

对电极(CE)是量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)的重要组成部分之一,改进对电极的综合性能是提高QDSSCs能量转换效率(PCE)的有效手段。本文简要介绍了对电极应具备的性能,并按不同材料的使用,分类阐述了金属、导电聚合物、碳、无机金属化合物以及它们的复合材料对电极的制备方法和研究进展。其中,以铜、钴、铅的硫化物等为主的无机金属化合物对电极催化活性高,成本低,研究最为广泛;导电聚合物、新型碳材料以及各类复合材料对电极也因其各自的优势在量子点敏化太阳能电池中的研究越来越成熟。     

CulnS2量子点敏化太阳能电池中尺寸依赖的电子注入和光电性质

研究了CulnS2(CIS)量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)的电子注入和器件性能与粒子尺寸之间的依赖关系.首先合成了不同尺寸的CulnS2量子点(QDs),制备了CulnS2量子点敏化的TiO2薄膜,并组装了量子点敏化太阳能电池.通过循环伏安法确定了CulnS2量子点的能级位置.采用时间分辨荧光光谱分析测量了CulnS2量子点到TiO2薄膜的电子转移速率和效率.结果发现,随着粒子尺寸从4.0 nm减小到2.5nm,电子注入速率略微增加而电子注入效率减小,同时量子点敏化太阳能电池的开路电压基本不变,而光电转换效率、短路电流和填充因子(FF)均减小.上述研究结果表明量子点敏化太阳能电池性能的优化可以通过改变量子点的尺寸来实现.     

ZnS/SiO2协同包覆光阳极制备高效率Zn-Cu-In-Se量子点敏化太阳能电池

通过光阳极协同包覆的策略抑制Zn-Cu-In-Se(ZCISe)量子点敏化太阳能电池(QDSC)中光阳极/电解液界面上的电荷复合过程,提高电荷收集效率和电池光伏性能。采用溶液法在ZCISe量子点敏化的光阳极表面依次沉积包覆ZnS和SiO₂双钝化层,实现较单一ZnS包覆层更有效的界面电荷复合抑制作用,从而提高QDSC的性能。在包覆ZnS/SiO₂双钝化层后,所组装的ZCISe QDSC光电转换效率由传统单一ZnS包覆的12.17%提高到13.23%,这归因于双钝化层对光阳极/电解液界面电荷复合过程的有效抑制,电荷收集效率得到相应提升。     

Preparation and Characterization of CuInS2 Thin Films for Solar Cells by Chemical Bath Deposition

Introduction Recent years, chalcopyrite semiconductors have been successfully applied as absorber layers for polycrystalline thin-film solar cells. Among the ternary compound semiconductors, CuInS2 thin films with a direct bandgap of about 1.50 eV and a large absorption coefficient in the range of 104-105cm-1[1] are one kind of the most promising optical absorbers for high efficiency thin film solar cells.To date, CuInS2-based solar cells have shown conversion efficiency of about 12. 5%[2]. They exhibit long-term stability without any signs of degradation.     

温度对多硫电解质及量子点敏化太阳能电池性能的影响

采用电化学的方法研究了温度对多硫电解质导电性能及量子点敏化太阳能电池光电性能的影响.结果表明:随着温度的升高,电解质的电导率逐步升高,多硫离子在电解质中的扩散阻力变小;另外,随着温度的升高,量子点敏化太阳能电池的光电转化效率逐渐降低,这主要是由于在较高的温度下,电池的暗反应逐渐增大和量子点的脱附引起的.     

CuInS2量子点敏化太阳能电池中尺寸依赖的电子注入和光电性质

研究了CuInS₂（CIS）量子点敏化太阳能电池（QDSSCs）的电子注入和器件性能与粒子尺寸之间的依赖关系. 首先合成了不同尺寸的CuInS₂量子点（QDs）,制备了CuInS₂量子点敏化的TiO₂薄膜,并组装了量子点敏化太阳能电池. 通过循环伏安法确定了CuInS₂量子点的能级位置. 采用时间分辨荧光光谱分析测量了CuInS₂量子点到TiO₂薄膜的电子转移速率和效率. 结果发现,随着粒子尺寸从4.0 nm减小到2.5 nm,电子注入速率略微增加而电子注入效率减小,同时量子点敏化太阳能电池的开路电压基本不变,而光电转换效率、短路电流和填充因子（FF）均减小. 上述研究结果表明量子点敏化太阳能电池性能的优化可以通过改变量子点的尺寸来实现.