量子点敏化太阳能电池敏化剂的应用进展.pdf

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1、建材世界２０１２年第３３卷第５期ｄｏｉ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４６０６６．２０１２．０５．００１量子点敏化太阳能电池敏化剂的应用进展隋小涛，楼贤春，王雪莱，程浩，赵修建（武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉４３００７０）摘要：综述了半导体量子点在量子点敏化太阳能电池中的应用。将半导体量子点用做敏化太阳能电池的敏化剂，利用量子点的光吸收特性，有望提高电池的光电化学性能。量子点敏化太阳能电池还处于研究阶段，从目前发展趋势上看，量子点敏化太阳能电池将是未来太阳能电池开发的研究方向之一。关键词：太阳能电池；敏化剂；量子点Ｐｒｏｇｒｅ

2、ｓｓｉｎＳｅｎｓｉｔｉｚｅｒｓｆｏｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏＱｕａｎｔｕｍＤｏｔｓｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄＳｏｌａｒＣｅｌｌｓＳＵＩＸｉａｏｔａｏ，ＬＯＵＸｉａｎｃｈｕｎ，ＷＡＮＧＸｕｅｌａｉ，ＣＨＥＮＧＨａｏ，ＺＨＡＯＸｉｕｊｉａｎ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｉｌｉｃａｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓｆｏｒｑｕａ

3、ｎｔｕｍｄｏｔｓｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓｓｅｒｖｅｄａｓｓｅｎｓｉｔｉｚｅｒｓｉｎｔｈｅｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｏｐｔｉｃａｌａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｈｏｐｅｆｕｌｙ．Ｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｓｏｌａｒｃｅｌｌｓａｒｅｓｔｉｌｌｉｎｔｈｅｅｘｐｌｏｒａ

4、ｔｏｒｙｓｔａｇｅ．Ｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓ，ｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｗｉｌｌｂｅｃｏｍｅｏｎｅｏｆｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒｃｅｌｌ；ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｒ；ｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ近几年来，量子点敏化太阳能电池由于具有制备简单、成本低廉等优点而得到人们的广泛青睐。与染料敏化剂相比，量子点具有可调的能带结构、较高的消光系数、较大的固有偶极矩和多激子生成等独特的优［１］点。因此，使用量

5、子点做光吸收材料在制备高效率、低成本太阳能电池方面有着辽阔的应用前景。然而，［２］目前大部分量子点敏化太阳能电池的能量转换效率都小于５％，低于染料敏化太阳能电池的１２％。为进一步提高量子点敏化太阳能电池的效率，量子点敏化剂得到了广泛研究。１量子点敏化剂１．１量子点敏化剂的种类量子点敏化太阳能电池中常用的半导体量子点敏化剂有二元硫族化物ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、［３］Ｂｉ２Ｓ３、Ｓｂ２Ｓ３、Ｃｕ２Ｓ、Ａｇ２Ｓ、ＦｅＳ２、ＲｕＳ２、ＳｎＳ和ⅢＶ族化合物ＩｎＰ、ＩｎＡｓ以及三元硫族化物ＣｕＩｎＳ２等。沉积到纳米结构的宽带隙半导体氧化物

6、（如ＴｉＯ２、ＺｎＯ）上的量子点使宽带隙半导体氧化物的光吸收范围增大，起到光敏化的目的。ＣｄＳ、ＣｄＳｅ和ＰｂＳ等量子点常被用来研究量子点敏化太阳能电池的机理。为达到敏化效果，量子点和宽带隙半导体氧化物的能带结构必须满足：量子点的最优带隙范围是１．１～１．４ｅＶ，可以吸收大部分可见光。量子点的导带比宽带隙半导体的高，量子点的价带比电解液的氧化还原电势低，宽带隙半导体和量子点导带的相对位置通常是由材料本身决定，同时也受电解液种类的影响。收稿日期：２０１２０８１８．基金项目：教育部重大项目（３０９０２１）．作者简介：隋小涛（１９８１），博士生．Ｅ

7、ｍａｉｌ：ｔｏｄｄ＿ｓｕｉ＠１６３．ｃｏｍ１建材世界２０１２年第３３卷第５期１．２量子点敏化剂的沉积方式量子点敏化太阳能电池中的量子点沉积方式主要分为两类：原位与非原位沉积。原位沉积是指在宽带［４］［５］隙半导体上原位生长量子点，主要包括化学浴沉积法和连续离子层吸附与反应法。这类方法的优点是量子点表面覆盖率高，量子点与半导体氧化物可以直接接触，电子注入速率高，缺点是量子点尺寸不容易控制，量子点尺寸分布宽，内部电荷复合率高。非原位沉积是指先合成尺寸和形貌可调、表面钝化的胶体量子［６］［７］点，然后通过非原位的方式（如直接吸附或连接剂辅助吸附），将量子点

8、沉积到宽带隙半导体材料上。油相合成是量子点常用的合成方法，量子点表面通常都包覆一层长链的有机分子包覆剂（如烷