论文部分内容阅读
量子点敏化太阳能电池（Quantum dot-sensitized solar cells）备受广大科研工作者的关注。QDSSCs利用半导体量子点作为集光材料,具有高吸收系数、带隙可调性、溶液可加工性、低成本制备、多重激子产生电位等优点,是低成本第三代太阳能电池的发展方向。本论文主要进行了以下三个方面的研究:结合水热法和高温还原法制备了二次还原的石墨烯基Ti O2@r GO-2复合材料作为光阳极基质;采用连续离子层吸附法合成掺杂锰离子的Mn2+-Cd S量子点,并直接将其负载到Ti O2@r GO-2光阳极基质上从而制备了Mn2+-Cd S/Ti O2@r GO QDSSCs;采用一步水热法制备生长在FTO上的Cu1.8S/Cu S对电极薄膜。进行了一系列对比性的材料性能测试。本文通过拉曼光谱仪（Raman）、紫外吸收光谱（UV-vis）、X-射线衍射（XRD）、电子扫描电镜（SEM）、高倍透射电镜（HRTEM）、伏安特性曲线（J-V）、电化学阻抗谱（EIS）及傅立叶红外光谱（FT-IR）等方法对制备的Mn2+-Cd S量子点、Cu1.8S/Cu S对电极等材料进行表征分析。结论如下:（1）通过水热法制备了Ti O2@rGO-1复合材料,通过水热法与高温还原法结合制备出了Ti O2@r GO-2复合材料,SEM、XRD、HRTEM表征发现经过二次还原得到的Ti O2@r GO-2复合材料中Ti O2分散到了石墨烯层状结构中;分析Raman谱图,Ti O2@r GO-2和Ti O2@rGO-1复合材料的ID/IG值分别为1.16和1.05;分析UV-vis谱图复合材料Ti O2@r GO-2的光吸收能力比Ti O2、Ti O2@rGO-1的强;分析J-V曲线及EIS光电性能测试结果,光电转换效率提高了,Ti O2@rGO-1的η为0.80%、Ti O2@r GO-2的η为0.90%,分别是的Ti O2的1.4倍、1.6倍,Ti O2@r GO-2其组装成的太阳能电池光电转换效率又是Ti O2@rGO-1的1.13倍,Ti O2@r GO-2复合材料光阳极具备较小的阻抗半圆,较低的电荷转移电阻值。总而言之,经过水热法与高温还原法集结合来共同还原GO,从而制备二次还原的石墨烯基Ti O2@r GO-2复合材料是一种新型的、简单的、有效的途径。（2）利用连续离子层吸附法（SILAR）成功合成了Mn2+-Cd S量子点,并将其直接负载到Ti O2@r GO-2光阳极基质上,成功地制备了Mn2+-Cd S/Ti O2@r GO光阳极。经SEM、XRD检测,掺杂Mn2+不会改变Cd S QDs物质的晶体结构;UV-vis分析发现Mn2+的掺杂引起量子限域效应,材料光吸收范围从520 nm拓宽到570 nm,Mn2+的掺入导致Cd S QDs的禁带宽度变大,产生更高的光吸收效率;相较于Cd S/Ti O2@r GO QDSSCs,掺杂锰离子的Mn2+-Cd S/Ti O2@r GO QDSSCs具备更高的太阳能电池性能。当掺杂Mn2+=0.075 M时,0.075Mn2+-Cd S/Ti O2@r GO QDSSC的光电转化效率η达到2.85%,是未掺杂Mn2+的Cd S（8T）/Ti O2@r GO QDSSC光电转换效率的1.83倍,将光电效率最大地提高了83%。（3）利用一步水热法制备生长在FTO基体上的Cu1.8S/Cu S对电极薄膜。与Cu2S对电极组装的QDSSCs对比,Cd S/Ti O2@r GO（120 min）QDSSC的η为2.33%、Voc为0.42 V、FF为0.40,其η、Voc分别是Cd S/Ti O2@r GO（Cu2S）QDSSC的1.49、1.17倍,FF由0.32提高到了0.40;Mn2+-Cd S/Ti O2@r GO（120min）QDSSC的η为4.33%、Voc为0.45 V、FF为0.42,其η、Voc分别是Mn2+-Cd S/Ti O2@r GO（Cu2S）QDSSC的1.52、1.15倍,FF由0.33提高到了0.42。根据EIS图谱的测试结果,与Cu2S CEs相比,Cu1.8S/Cu S CEs组装的QDSSCs的电荷转移电阻阻值更低,其中Cd S/Ti O2@r GO（120 min）QDSSC、Mn2+-Cd S/Ti O2@r GO（120 min）QDSSC均分别展示较小的EIS半圆。综合看来,以Cu1.8S/Cu S CE组装成的QDSSCs的FF、η、Voc均有提高,结果证明以Cu1.8S/Cu S CE组装的QDSSCs均具备较好的光电性能。