TiO2-CdSe復(fù)合光電極的制備及性能研究.pdf

1、隨著化石能源的日益枯竭,開發(fā)新能源成為世界各國研究的熱點(diǎn)。光伏發(fā)電作為太陽能利用的一個(gè)重要方面,受到人們的廣泛關(guān)注。本文首先對(duì)太陽能電池的工作原理、分類等進(jìn)行了綜述,然后主要研究了CdSe敏化TiO2基太陽能電池光陽極的制備,并對(duì)所制得的電極性能進(jìn)行了測試與研究。采用不同方法制備了不同形貌和性能的CdSe納米顆粒(NP)薄膜、納米線(NW)和TiO2納米顆粒(NP)薄膜、納米棒陣列(NR),研究了所得TiO2/CdSe光電極的性能,以獲

2、得性能較優(yōu)的CdSe敏化TiO2光電極。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　 1、采用旋涂法在ITO導(dǎo)電玻璃上制得TiO2(NP)薄膜,經(jīng)退火處理后在其表面使用電化學(xué)循環(huán)伏安法沉積得到CdSe(NP)薄膜,構(gòu)建單層TiO2/CdSe光電極。400度退火可明顯提高CdSe的結(jié)晶性能,并且可以提高所得光電極的光電化學(xué)性能。在單層TiO2/CdSe結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上重復(fù)上述制備過程,設(shè)計(jì)并制得(TiO2/CdSe)n多層體系結(jié)構(gòu),(其中11=1,

3、2,3,4),研究了多層膜體系的微觀結(jié)構(gòu)、光電化學(xué)性能及外量子效率。結(jié)果表明CdSe主要沿著(111)方向生長。隨著層數(shù)的增加,樣品在可見光的吸收強(qiáng)度有明顯提高;二層膜體系對(duì)應(yīng)樣品的光電化學(xué)性能最優(yōu)。多層膜體系的光電響應(yīng)靈敏,性能穩(wěn)定。對(duì)比了TiO2/CdSe光電極中沉積不同厚度CdSe(NP)薄膜所得樣品與多層膜機(jī)構(gòu)的光電化學(xué)性能,結(jié)果發(fā)現(xiàn)單純的增加CdSe的厚度并不能達(dá)到二層體系的效果。
　　 2、采用恒電流密度法在TiO2

4、(NP)薄膜表面沉積制得CdSe(N、W),所得納米線禁帶寬度Eg=2.1eV,吸收波長發(fā)生藍(lán)移。研究了不同沉積時(shí)間下所得樣品的形貌、光學(xué)、和光電化學(xué)性能。結(jié)果表明沉積時(shí)間的延長可以提高所得樣品的紫外可見吸收,且樣品的光電化學(xué)性能也隨著時(shí)間的延長而提高。所有樣品中最高QE值達(dá)到14％。
　　 3、采用一種簡單的水熱方法在FTO玻璃表面制備了TiO2(NR)陣列,研究了水熱制備條件對(duì)所得TiO2(NR)陣列形貌的影響。最后確定制備

5、條件為:0.16ml鈦酸四丁酯、6ml去離子水、6ml濃鹽酸(35％wt),反應(yīng)溫度150℃,反應(yīng)時(shí)間2h。然后在此條件制備的TiO2(NR)陣列上采用循環(huán)伏安法沉積不同厚度CdSe(NP)薄膜,研究了所得光電極的吸收光譜及光電化學(xué)性能。所得樣品最大光電流密度為0.18mA,開路電壓為-0.51V,QE值為43.4％。
　　 4、在TiO2(NR)上恒電流密度沉積不同時(shí)間制得CdSe(NW)。沉積時(shí)間5min時(shí)所得TiO2/Cd

6、Se光電極的光電化學(xué)性能最好,其光電流密度為0.15mA,開路電壓為-0.53V,QE值為27％。
　　 5、對(duì)TiO2(NP)薄膜與TiO2(NR)上循環(huán)伏安法沉積不同厚度CdSe(NP)薄膜樣品的性能進(jìn)行了比較。結(jié)果表明隨著CdSe沉積厚度的增加,TiO2(NR)與TiO2(NP)薄膜相比優(yōu)勢十分明顯。實(shí)驗(yàn)中沉積圈數(shù)為20圈和30圈時(shí)兩者性能差別很小,TiO2(NP)薄膜有略微的優(yōu)勢,但當(dāng)沉積圈數(shù)增加到40圈以上時(shí),TiO2