水热合成法制备的大孔Zn2SnO4/CdS/CdSe共敏化太阳电池效率提升

需积分: 10 60 浏览量更新于2024-08-12 收藏 240KB PDF 举报

本文主要探讨了高效率CdS/CdSe共敏化Zn2SnO4大孔太阳电池的研究进展，发表于2014年的《中国科技论文》。研究团队在中山大学化学与化学工程学院采用了一种创新的方法，即利用聚苯乙烯(PS)微球作为模板，通过水热合成技术来制备Zn2SnO4大孔材料。这种材料的微观结构经过扫描电子显微镜(SEM)观察，显示出孔径约为200纳米，壁厚约为70纳米，而且在转化为电极后，大孔分布均匀，整体结构保持完整性。接下来，他们采用电沉积技术制备了CdS/CdSe共敏化的大孔Zn2SnO4电极，通过能量色散X射线谱(EDS mapping)分析，证实了CdS和CdSe在电极整个截面上均匀分布。实验的核心部分是使用多硫电对作为电解液，配合Pt负载的FTO作为对电极，以此为基础构建太阳电池。通过调节CdS沉积电流，研究者优化了电池性能，最终发现当沉积电流适当时，能够获得高达1.91%的光电转换效率。这项工作结合了物理化学原理，尤其是量子点敏化效应，以及大孔Zn2SnO4的独特性质，旨在提升太阳能电池的光吸收和转化能力。大孔结构的优势在于提高了光的穿透性和接触面积，有利于光生载流子的收集，从而提高电池的效率。同时，CdS/CdSe异质结的引入，利用了两种半导体材料的不同带隙特性，进一步增强了光吸收和电子传输的能力。这篇论文提供了一个关于如何通过精细控制合成过程和电沉积条件，设计出高效能的CdS/CdSe共敏化Zn2SnO4大孔太阳能电池的技术路线，对于推动太阳能领域的研究和应用具有重要的科学价值。

第9 卷第3 期

2014 年3 月

中国科技论文

CHINA SCIENCEPAPER

Vol. 9 No. 3

Mar 2014

高效率 C d S / C d S e 共敏化 Z n 2 S n ( > 4 大孔太阳电池研究

饶华商，王玉芬，陈洪燕，匡代彬

(中山大学化学与化学工程学院，广州510275)

摘要：以聚苯乙烯(PS)微球为模板，通过水热合成法制备了 Zn2Sn0 4 大孔材料。S E M 显示其孔径为约200 n m , 壁厚约70

n m , 且制备成电极后大孔分布均匀，结构保持完整。然后电沉积法制备了 C dS /C dS e 共敏化大孔Zn2Sn〇4 电极,E D S map p in g

显示CdS/C d Se在整个截面分布均匀。以多硫电对为电解液，P t 负载F T 0 为对电极，组装太阳电池，改变不同C d S 沉积电流

后，得到最高效率为1.91% 。

关键词：物理化学；大孔Z n Sn〇4 ;量子点敏化太阳电池；CdS/C d Se 异质结

中图分类号：064 文献标志码：A 文章编号= 2095-2783(2014)03-0279 - 04

H i g h efficient C d S / C d S e co-sensitized Z n 2S n 0 4 m a c r o p o r e solar cell

Rao Huashang，W a n g Yufeng，Chen Hongya n，Kuang Daibin

Schoo l of Chemistry an d Chemical Engineering ’ Sun 犢at-sen University ’ (Giangzhou 510275 ’ China)

Abstract ： A Zn2 Sn04 macroporousphotoanode material has been synthesized through hydrothermal method using polystyrene mi

crospheres as the template. A s confirmed by S E M images’ the macroporestrucyure is homogeneous with a 200 n m pore size and

70 n m thickness. Furthermore， electrodeposition method was used to fabricate the CdS/CdSe quantum dot ( Q D ) sensitized

Z n Sn〇4 macroporous material electrodes. E D S mapping showed that the quantum dots were distributed homogeneously between

the photoanodes. T he as-prepared Q D sensitized Z n S n 〇4macroporous material electrodes achieved a high power conversion effi

ciency of 1.91 % by using a Pt-FT0 counter-electrode and polysulfide electrolyte. The electrodeposition current density of CdS

Q D was optimized.

Key words： physical chemistry； Z n S n 〇4macroporous； quantum dot sensitized solar cell； CdS/CdSe heterojunction

随着社会的发展，传统化石能源越来越难以满

足人类需求，为了寻求成本低、环境友好的替代能

源，研究者将眼光投向于太阳能。传统的硅基太阳

电池以及多元化合物薄膜太阳电池的成本高，生产

设备要求高。为降低单位功率的价格成本，研究者

将目光投向于新型太阳电池’比如有机太阳、聚合太

阳电池，这类电池的光谱响应范围都比较窄，对温度

和环境敏感且不稳定[12。量子点材料具有和有机

以及聚合物材料类似的尺寸可调、溶液加工性能等

优势，同时又有带隙可调[ ] 、高摩尔消光系统[4]、多

激子倍增效应[ ] 的优点，是良好的光活性材料[]。

目前’应用在量子点敏化太阳电池（Q D S S C s )方面的

量子点材料主要有 P b S [ ] 、P b S e [8]、C d S [9]、C d S e [M]、

C d T e [11]、S b 2S[12] 等。

Q D S S C s 的工作与染料敏化太阳电池（D S S C s )

相似。作为电子传输材料，光阳极的选择对Q D S S C s

的性能有重要影响，目前应用于Q D S S C s 的阳极材

料主要有丁0 2 、Z n 0 、Z n 2S n 0 4 及其复合物等。

Z n S n 0 4 带隙为3. 6 e V , 电子迁移率为1 0 〜 15 c m 2/

( V • S ) [⑶，与传统二元氧化物(如 T i 0 2 ，带隙为3. 2

e V , 电子迁移率为0. 1 〜 1. 0 c m 2/ ( V • S ) ) [14]相比，

其较快的电子迁移率有利于注入电子的传输和收

集。光阳极材料的形貌对太阳电池性能有很大影

响，相比于颗粒，大孔结构有更强的光散射能力，更

有利于光子的吸收。

2 0 1 1 年，L i 等首次报导了 C d S 敏化 Z n S n 0 4 太

阳电池，效率为0. 2 2 8 % [15]，经 A l 3+处理后效率提升

为 0. 2 6 3 % [16]。但是 C d S 的光谱响应波长为 560

n m ，窄的光响应范围限制了其效率的提升;C d S e 的

吸收光谱带边达到7 20 n m ,但其光电子注入光阳极

效率低也限制了其应用。相对于单独的 C d S 和

C d S e , 制备 C d S / C d S e 复合结构可有效拓宽光谱响

应范围，同时其复合结构形成的I I 型异质结更有利

于电子的注入。

本文采用模板法成功制备了结晶性良好的大孔

Z n 2S n 0 4 材料，然后通过电沉积的方法在大孔

Z n 2 S n 0 4 材料上沉积了 C d S / C d S e 量子点，成功制备

了 C d S / C d S e 共敏化大孔Z n S n 0 4 的 Q D S S C s ,其效

率达 1 . 9 1 % , 相对于文献有很大幅度的提高。与纳

米颗粒光阳极相比，大孔结构有更好的光散射能

收稿日期：2014-01-22

基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（20100171110014,20110171120026)

作者简介：饶华商（989 (，男，博士研究生，主要研究方向为量子点敏化太阳电池、固态敏化太阳电池

通信联系人:陈洪燕，副教授，主要研究方向为功能纳米材料的制备与性能研究，准固态/固态染料敏化太阳电池;有机/无机杂化、聚合物薄膜太

阳电池及光电器件，chenhy33@mail. sysu. edu. cn

下载后可阅读完整内容，剩余3页未读，立即下载

weixin_38520046

粉丝: 8
资源: 932

水热合成法制备的大孔Zn2SnO4/CdS/CdSe共敏化太阳电池效率提升

高效率CdS/CdSe共敏化Zn2SnO4大孔太阳电池研究

La Doping of CdS for Enhanced CdS/CdSe Quantum Dot Cosensitized Solar Cells

论文研究-基于PbSe/CdSe/ZnSe量子点红外气体检测光源 .pdf

列举1~2个量子点纳米材料，并解释其发光特性

6.为什么发光器件多采用III-V族或II-VI族的化合物半导体？

数据科学家认证考试有哪些?

CdS和CdSe量子点共敏化纳米晶TiO“ 2电极：量子点分布，厚度优化和增强的光伏性能

分等级锐钛矿TiO2纳米线阵列的制备及其在CdSe量子点敏化太阳电池中的应用

Performance of CdS/CdSe/ZnS quantum dot-sensitized TiO2 mesopores for solar cells

基于CdS和CdSe纳米半导体材料的可见光催化二氧化碳还原研究进展.pdf

最新资源