sb2s3_tio2光阳极的改性及其光电性能的研究

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1、学校代码10530学号201510131289分类号TM914.4+4密级硕士学位论文Sb2S3/TiO2光阳极的改性及其光电性能的研究学位申请人梁玉芳指导教师王金斌教授学院名称材料科学与工程学院学科专业材料科学与工程研究方向新能源材料与器件二〇一八年六月ModificationandphotoelectricpropertiesofSb2S3/TiO2photoanodeCandidateYufangLiangSupervisorProfessorJinbinWangCollegeSchoolofMaterialsScienceEngineeringProgramNewEnergy

2、MaterialandDevicesSpecializationMaterialscienceandEngineeringDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018摘要摘要量子点敏化太阳能电池(QDSCs)，作为第三代新型太阳能电池的典型代表，因其具有制备工艺简单、成本低廉、消光系数高、带隙可调等优点成为研究者青睐的对象。量子点在QDSCs中起着至关重要的作用，会直接影响电池对太阳光的利用率，对QDSCs的光电转化效率起着决定性的作用。Sb2S3具有较高的光吸收系数(α≈105cm-1)，适中且

3、易于调控的带隙宽度(1.5～2.2eV)，光谱吸收范围可以达到700nm左右，能吸收大部分可见光区域的太阳光，因此被视为最有希望得到应用的太阳能电池材料之一。但是，由于Sb2S3基QDSCs内电子-空穴复合严重，导致其光电转化效率较低。因此，本论文通过界面改性处理以及共敏化两方面出发，通过降低Sb2S3界面的态密度，进而提高QDSCs的光电转化效率。主要内容及研究结果如下：(1)采用丝网印刷法制备TiO2多孔薄膜，然后利用化学水浴沉积法在TiO2多孔薄膜上原位合成Sb2S3量子点，组装成QDSCs进行表征。通过引入聚合物碘电解质，研究聚合物碘电解质、Sb2S3量子点的沉积时间和退火温

4、度对QDSCs性能的影响。结果表明，聚合物电解质的引入，虽然使其开路电压变小，但短路电流密度有所增大；Sb2S3量子点的沉积时间和退火温度分别为3h、300°C时，QDSCs的短路电流密度较大，光电转化效率分别为0.68%、0.82%。(2)为了提高电池的光电性能，对Sb2S3/TiO2复合薄膜进行了不同界面的改性处理。首先对TiO2薄膜进行TiCl4钝化处理，发现TiCl4钝化处理能够有效降低电子在界面处的复合速率，从而提高QDSCs的光电性能，其光电转化效率为1.06%。然后对量子点表面进行硫代乙酰胺修饰或ZnS包覆，发现硫代乙酰胺修饰量子点后，S元素含量增加，量子点表面缺陷减少

5、，光电性能得到提高，QDSCs光电转化效率为1.3%；ZnS包覆处理后，有效抑制了电子的背反应，增长了电子寿命，明显改善了Sb2S3/TiO2基QDSCs的性能，QDSCs获得1.38%的光电转化效率。(3)为了提高对太阳光的利用率，同时调节Sb2S3和TiO2之间的能级匹配，在Sb2S3和TiO2中间采用连续离子层吸附法沉积CdS量子点，研究CdS沉积次数对电池性能的影响。研究表明，随着CdS沉积次数的增加，Sb2S3/CdS/TiO2薄膜对近红外区域光的吸收变强。当CdS沉积次数增加到16次时，短路电流密度较大，电池的光电转化效率为1.61%。关键词：量子点敏化太阳能电池；Sb2

6、S3；CdS；光电性能IAbstractAbstractQuantumdotSensitizedsolarcell(QDSCs),asthetypicalrepresentativeofthethirdgenerationsolarcells,havebecameahotresearchdirectionbecauseofitsadvantagesofsimplepreparation,lowcost,highextinctioncoefficientandadjustablebandgap.Quantumdots(QDs)playavitalroleinQDSCs,whichdir

7、ectlyaffecttheutilizationofsunlightandthephotoelectricconversionefficiency.Apartfromitshighopticalabsorptioncoefficient(105cm-1),Sb2S3alsohasmoderatebandgap(1.5~2.2eV).Inaddition,Sb2S3haswidespectralabsorptionrangeabout700nm,which