本文關鍵詞：四元銅鋅錫硫量子點敏化太陽電池性能研究

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【摘要】：無機半導體量子點具有廉價易得、帶隙可調、高消光系數(shù)和多激子效應等特點,有望作為新的敏化劑應用于敏化太陽電池當中,受到越來越多的關注。元素儲量豐富的四元銅鋅錫硫(CZTS)量子點的能級結構連續(xù)可調,不僅具有“尺寸依賴性”,還具有“組分依賴性”的特點。受“optical bowing”作用的影響,四元量子點擁有更寬的吸光范圍和更好的穩(wěn)定性,有望取得更高的效率。合成高質量小粒徑CTZS量子點需要使用油溶性的長鏈配體十二硫醇(DDT),而DDT配體很難被鏈接分子取代。為解決這一難題,本論文開展了以下三個方面的工作:(1)配體水解法表面功能化CZTS量子點及在敏化電池中的應用:針對DDT很難被水溶性配體完全取代的問題,我們采用了巰基丙酸正辛酯代替DDT合成CZTS量子點。不同于傳統(tǒng)配體交換法當中強絡合能力的配體取代弱絡合能力配體這一原理,巰基丙酸正辛酯可以在堿性條件下水解為水溶性配體巰基丙酸(MPA),進而獲得水溶性量子點。得益于較寬的光響應范圍、較高的吸附量和電子傳輸過程的改善,我們所制備的CZTS敏化太陽能電池獲得了3.29%的轉換效率。這一結果表明CZTS可以作為敏化劑應用于QDSSCs當中,配體水解法是一種有效的表面功能化方法。(2)陽離子交換法表面功能化CZTS量子點及在敏化電池當中的應用:由于巰基丙酸正辛酯配體所合成的量子點質量不高,我們改用DDT作為配體合成CZTS量子點。為解決DDT配體難以被交換的問題,我們引入油酸鎘陽離子基元,該基元不僅能夠有效的取代量子點表面的原生Cu/Zn/Sn-DDT基元,而且還在量子點表面構筑了一層殼層,從而獲得了油酸包覆的type-Ⅱ型核殼結構量子點,然后通過常規(guī)配體交換,獲得MPA包覆的水溶性核殼量子點。得益于電子傳輸過程的改善,我們取得了4.70%的轉換效率。這一結果表明陽離子交換法是一種更加簡單、高效的表面功能化方法。(3)CZTS量子點敏化太陽電池穩(wěn)定性的研究:由于對電極當中銅片基底易被電解質腐蝕,所以QDSSCs器件的穩(wěn)定性較差。為了提高電池的穩(wěn)定性,我們將高催化活性的Cu_2S與耐腐蝕的FTO導電玻璃相結合。結果表明FTO-Cu_2S對電極不僅擁有與傳統(tǒng)對電極相似的催化活性,而且還具有較好的耐腐蝕性,增強了QDSSCs的穩(wěn)定性。
【關鍵詞】：銅鋅錫硫 量子點敏化太陽電池 核殼量子點 表面功能化 配體交換
【學位授予單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O641.4;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-28
• 1.1 研究背景10
• 1.2 量子點敏化太陽電池簡介10-19
• 1.2.1 太陽電池發(fā)展簡史10-11
• 1.2.2 量子點敏化太陽電池的優(yōu)點11-13
• 1.2.3 量子點敏化太陽電池的結構13-17
• 1.2.4 量子點敏化太陽電池的工作原理17-18
• 1.2.5 量子點敏化太陽電池的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 本論文研究內容19-21
• 1.3.1 本論文的主要研究工作19-21
• 參考文獻21-28
• 第二章 水解法表面功能化銅鋅錫硫量子點及在敏化太陽電池中的應用28-44
• 2.1 引言28-29
• 2.2 實驗部分29-31
• 2.2.1 實驗藥品與儀器29-30
• 2.2.2 實驗過程30-31
• 2.3 結果與討論31-39
• 2.3.1 CZTS量子點合成配體結構31-33
• 2.3.2 CZTS量子點合成反應動力學33-34
• 2.3.3 CZTS量子點的形貌34
• 2.3.4 CZTS量子點水解前后表面配體34-35
• 2.3.5 CZTS量子點的結構35-36
• 2.3.6 CZTS量子點的光學性質36-37
• 2.3.7 CZTS量子點在TiO_2薄膜上的負載量37-38
• 2.3.8 CZTS QDSSCs電子傳輸動力學38-39
• 2.3.9 CZTS QDSSCs的光電性能39
• 2.4 本章小結39-41
• 參考文獻41-44
• 第三章 陽離子交換法表面功能化銅鋅錫硫量子點及在敏化太陽電池中的應用44-60
• 3.1 引言44-45
• 3.2 實驗部分45-47
• 3.2.1 實驗藥品與儀器45-46
• 3.2.2 實驗過程46-47
• 3.3 結果與討論47-55
• 3.3.1 CZTS量子點的物相結構47-49
• 3.3.2 CZTS/CdSe量子點的形貌49-50
• 3.3.3 CZTS/CdSe量子點表面配體50-52
• 3.3.4 CZTS/CdSe量子點的光學性質52-53
• 3.3.5 CZTS/CdSe QDSSCs電子傳輸動力學53-54
• 3.3.7 CZTS/CdSe QDSSCs的光電性能54-55
• 3.4 本章小結55-56
• 參考文獻56-60
• 第四章 CZTS/CdSe量子點敏化太陽電池穩(wěn)定性研究60-70
• 4.1 引言60-61
• 4.2 實驗部分61-62
• 4.3 結果與討論62-66
• 4.3.1 Cu_2S粉末的結構62-63
• 4.3.2 FTO-Cu_2S對電極的形貌63
• 4.3.3 CZTS/CdSe QDSSCs的光電性能63-64
• 4.3.4 CZTS/CdSe QDSSCs的穩(wěn)定性64-65
• 4.3.5 FTO-Cu2S對電極的催化機理65-66
• 4.4 本章小結66-67
• 參考文獻67-70
• 第五章 總結與展望70-72
• 致謝72-74
• 碩士期間發(fā)表和已完成的工作74-75

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本文編號：802567