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高效利用太阳能是解决当今环境、能源等社会问题的有效途径。量子点敏化太阳电池(QDSC)具有理论光电转化效率(PCE)高、制造成本低等优点,被认为是非常有前景的第三代太阳电池。目前在QDSC中,光阳极的制备过程通常包含两个步骤:第一步将预先制备的TiO2浆料通过丝网印刷或者刮涂的方式负载于FTO玻璃基底,通过高温煅烧后获得TiO2介孔膜。第二步将量子点(QD)沉积于TiO2介孔膜上获得QD敏化光阳极膜,整体制备过程耗时较长通常需要1-2天的时间。另一方面,电解液在对电极界面的高效催化还原也会直接影响QDSC的性能。因而设计可被对电极高效催化还原的电解液,也是QDSC器件设计中的关键问题。针对上述问题,本文主要的研究思路是简化光阳极的制备过程,提高电解液在对电极界面的催化活性从而提高电池性能。具体工作简介如下: (1)丝网印刷TiO2/QD涂料制备光阳极膜 将传统冗长的TiO2介孔膜的制备及QD在TiO2膜上的吸附负载过程整合为一步,直接使用油溶性QD与二氧化钛P25粉末混合,采用聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘合剂制备出TiO2/QD涂料。采用丝网印刷技术将其负载于FTO玻璃上,低温烘干后即可得到QDSC的光阳极膜。该方法大大减少了以往光阳极敏化膜在制备过程中的吸附时间,简化了QDSC光阳极的制备工艺。此外,通过优化QD与TiO2纳米粉末的量、光阳极膜的厚度和粘合剂中PVDF的含量等,探索出最优条件。基于该方法组装的Zn-Cu-In-Se电池所得到的光电转化效率为4.13%,是目前由TiO2/QD浆料直接制各光阳极所报道电池的最高效率。EIS和OCVD结果表明,在一定范围内随着溶性QD在TiO2/QD浆料中的含量增加,TiO2/QD/电解质界面上的电荷复合逐渐减小,有利于获得高性能的电池。 (2)硒粉电解液添加剂在QDSC中的应用研究 为了获得可被对电极高效催化还原的电解液,我们对QDSC中使用最广泛的聚硫电解液进行改性。实验结果表明在聚硫电解液中加入适量Se粉,QDSC的电流和填充因子得到提高,电池性能得到提升。通过塔菲尔极化测试(Tafel)和电化学阻抗谱(EIS)表征,我们发现在聚硫电解液中加入适量Se粉后,电池的交换电流密度(J0)变大,电荷传输电阻(Rct)变小,这表明随着适量Se粉加入到聚硫电解液中,电解液被对电极催化的活性得到提高,电荷的收集效率提升,电荷转移阻抗变小。最终使用水相Zn-Cu-In-Se量子点敏化膜、Cu2S/铜片对电极组装成电池,使用添加Se粉的聚硫电解液使电池效率由9.26%提升到了9.78%。并且,聚硫电解液中加入适量Se粉后稳定性得到提升。为了获得高性能的电池器件,我们使用MC/Ti对电极代替Cu2S/铜片对电极组装成电池,最终获得了12.82%的光电转化效率。此外,电池中采用绿色无毒的Zn-Cu-In-Se量子点作为QDSC中的敏化材料,对环境危害较小。