二氧化钛棒阵列结构制备及其在硫化镉硒化镉共敏化太阳能电池中应用
[关键词:二氧化钛,硫化镉,共敏化,太阳能电池] [热度 ]提示:此毕业设计论文完整版包含【论文,答辩稿】 作品编号:clkx0057,word全文:24页,合计:12000字 |
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本实验的研究目的,研究内容和创新点
作为第三代太阳能电池,量子点敏化太阳能电池由于低成本及高的理论效率受到较多关注。但是目前为止,量子点敏化太阳能电池的实际转化效率不到6%,这说明要实现其生产和应用,还需要不断的探索和创新以提高其效率。
本研究从电池的结构和原理出发,寻找制约电池能量转化效率的因素,并加以改进以进一步提升电池的效率。
论文的主要研究内容为:制备高质量的具有棒状结构的TiO2光阳极,再依次通过离子交换法化学沉积法分别进行CdS、CdSe敏化,最后引入ZnS保护层,研究各步骤带来的影响和表征。
本文在以下几个方面对CdS/CdSe共敏化TiO2太阳能电池进行了研究:首先通过实验发现,由松油醇与纤维素及P25研磨可以得到分布均匀、厚度适中的高质量的棒阵列结构TiO2涂膜基底,并将其组装成电池后对其光电性能进行研究。用离子交换沉积法制备出了CdS敏化膜,将其组装成电池后进行了不同沉积次数以及最优沉积次数下的TiO2光阳极性能及表面的研究。再在最优组CdS敏化膜的基础上通过化学沉积法引入CdSe,同样的改变不同沉积次数选取最优组。另外最后引入ZnS保护层,进一步提高光电转换效率,主要取得如下四方面结论:
(1)制备TiO2胶体:由5ml松油醇与纤维素0.35g溶于10ml的乙醇中形成混合溶液,再将10g的P25加入混合溶液中,在常温下于玛瑙研钵中研磨30分钟,即可得到TiO2胶体。将盛有玻璃片的托盘放入马弗炉中烧结,400℃烧1h,冷却后取出。然后通过装有1ml钛酸四正丁酯、5ml盐酸以及4ml水的反应釜中,160℃下水热,水热8h所获得的玻璃基底效果最好。
(2)制备CdS/TiO2光阳极:采用离子交换法,通过在0.1 mol/L Cd(NO3)2的乙醇溶液和0.1 mol/L Na2S甲醇溶液中经过不同连续式离子层吸附与反应法沉积CdS量子点,根据一定的次数差来沉积,最终选出最优的沉积次数(14次),其最大电流密度为6.20 mAcm-2,效率可达0.81%;
(3)制备CdS/CdSe共敏化TiO2光阳极:采用离子交换法沉积在待用的FTO玻璃上沉积CdS 14次得到最优组 ,自然风干后,采用化学浴沉积法在95℃下沉积CdSe 1小时,自然风干后取出,为一个周期。同样的根据一定的次数差来沉积,最终选出最优的沉积次数(3次),其最大电流密度为13.39 mAcm-2,效率可达2.18%,且其紫外吸收光谱范围最广最优;
(4)引入ZnS保护CdS/CdSe共敏化TiO2光阳极:由于量子点容易被电解液腐蚀,所以考虑加入ZnS以隔离量子点与电解液,从而防止量子点被腐蚀;再者就是ZnS也可以充当量子点的角色,增加光的吸收,从而提高光电转换效率。图2-3中两曲线的对比,加入ZnS后其最大电流密度达14.89 mAcm-2,光电转换效率提升到2.47%。很好的说明了加入ZnS,可以明显提高量子CdS/CdSe共敏化TiO2太阳能电池的光电转化效率。
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