摘要
太阳能取之不尽用之不竭，是获取最便捷、高效的清洁能源之一，太阳电池是将太阳能转换为其他形式能源的最直接方式。作为第三代新型太阳电池，染料敏化/量子点敏化太阳电池(DSSC/QDSSC)不仅生产技术简单，原材料成本低廉，而且理论光电转换效率较高，对环境温度和实验条件要求低，引起了国内外学者的广泛关注。 本文制备了新型的TiO2/ZnO反蛋白石复合结构，在TiO2或ZnO反蛋白石表面制备一层ZnO纳米线，并将其应用在于QDSSC的光阳极，获得了电池光电转换效率的大幅提升。主要做了以下几个方面的工作： (1)高度有序的二氧化钛/氧化锌反蛋白石(TiO2IO/ZnOIO)光阳极的制备 通过水解水浴的方法在聚苯乙烯小球模板上生长了TiO2和ZnO薄膜，经过高温灼烧之后，形成了高度有序的反蛋白石结构，极具规则的空洞状具有较高的表面积，更易于硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)量子点的沉积。 (2)ZnO纳米棒复合ZnO/TiO2反蛋白石(ZnONR@ZnOIO/TiO2IO)结构光阳极的制备 在上述(1)的基础上通过水热法制备ZnO纳米棒(ZnONR)，棒状的ZnO和蜂窝状的反蛋白石结构结合使得硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)量子点具有较大接触面积，有助于沉积更多的量子点。此外，实验证明在孔洞基底上生长的ZnO纳米棒(ZnONR)具有更小的界面电阻和更高的电子迁移速率，为光生载流子的传输提供了直接通道，减小了电子空穴对的复合概率。 (3)TiO2/ZnO反蛋白石复合结构光阳极的表征和优化 在TiO2/ZnO/CdS/CdSe光阳极结构中，由于量子点与氧化物半导体纳米材料之间的导带和价带呈阶梯状排列，该能级带的表现方式可促进电子的传输，减少电子空穴对的复合概率。在TiO2IO/CdS/CdSe与ZnOIO/CdS/CdSe光阳极结构的QDSSC器件中，光电转换效率分别达到了6.65%、6.07%，而ZnONR@ZnOIO/CdS/CdSe与ZnONR@TiO2IO光阳极的太阳电池，光电转换率分别为7.32%、8.18%，相比纯反蛋白石光阳极制备成的量子点太阳电池光效率提高了约21%、23%、34%，证明了TiO2/ZnO反蛋白石复合结构对于提升QDSSC的器件性能具有积极作用。通过扫描电镜(SEM)、紫外-可见光分光光度计、X射线衍射(XRD)、电化学阻抗测试(EIS)、IPCE以及Tafel极化曲线等表征手段对太阳电池的光电特性以及表面形貌做了表征，电池器件性能的大幅度提升是由于复合结构的半导体氧化物增强了光吸收，并且在氧化物/量子点/电解液界面具有更好的电荷转移和更快的反应速率。随后引入了近几年最常用的硫化锌(ZnS)与氟化铵(NH4F)界面修饰层，减缓器件与外界的反应速率，提高太阳电池器件的稳定性。在TiO2/ZnO反蛋白石复合结构光阳极中制备界面修饰层后，最高的器件效率达到了11.23%，是目前采用CdS/CdSe敏化剂的同类型QDSSC中光效率最高值。
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