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对于新能源的开发与利用是近几年社会上的热门话题。自从上个世纪80年代Gr(a)itzel教授成功制备了TiO2纳米晶多孔膜染料敏化太阳能电池以来,人们一直在致力于电池光阳极材料的优化与结构的改进工作。 本论文主要利用旋涂法在FTO导电玻璃上制备了多孔TiO2纳米晶薄膜并利用化学浸泡沉积法(CBD)使CdS量子点沉积在多孔TiO2纳米晶薄膜上形成太阳能电池的光阳极并组装成了太阳能电池。通过改变多孔膜微结构(空隙尺寸)与CBD层数进行了如下几个方面的研究: (1)研究了多孔膜孔径尺寸(PEG含量不同)与光阳极对于光吸收的关系,实验结果表明孔径尺寸越大发生红移的现象越明显。这是由于多孔膜的孔径越大,越有利于发生光散射效应,从而导致了较明显的红移。 (2)研究了不同CBD层数下的光阳极对于光吸收的关系,实验结果表明当CBD层数在6层之前时,吸收光谱红移程度随着层数的增加而增加;当CBD层数在6层以上时,对于太阳光的吸收反而减弱。这是由于过多的层数导致了孔径阻塞,降低了光到达孔径的透射率,从而导致了吸收的减弱。 (3)研究了不同孔径大小与不同CBD层数的太阳能电池的光电转化效率。实验结果表当CBD层数为4层,孔径尺寸所对应的PEG含量为80%时,太阳能电池具有最高的转化率为0.86%。这是由于本实验膜厚固定(6.1μm),过大的孔径导致电解质与导电玻璃直接接触,造成电池短路。而适中的PEG含量与CBD层数可以使更多的量子点吸附到多孔膜上,减小了阻塞空隙几率,增大了光散射效应。 (4)研究了CBD方法下CdS量子点结晶温度与太阳能电池光电转化效率的关系。实验结果表明随着温度的升高,太阳能电池的光电转化效率在逐渐降低,最适合的结晶温度为150℃左右。这是因为过低的结晶温度使得量子点晶体无法形成,吸收光子效率过低;较高温度形成晶体尺寸过大,减低了产生多激子效应几率,阻碍了电子的传导。 (5)研究了40%PEG下的多孔TiO2纳米晶薄膜的光生伏特效应与快速响应。实验结果表明,在激光照射到样品的有效工作区域的能量为1.24mJ时,多孔TiO2纳米晶薄膜(P-film)的光响应信号(7mV)比TiO2缓冲层薄膜(D-film)的光响应信号(0.9mV)高一个数量级,并且,纵向结构TiO2纳米晶多孔薄膜的响应时间比横向结构TiO2纳米晶多孔薄膜快6个数量级,这是由于纵向结构的TiO2纳米晶多孔薄膜较小的载流子迁移率波动的影响造成的。