基本信息
- 項目名稱：
- 電沉積制備CdS/CdSe量子點敏化TiO2電極及其應用
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本文采用電沉積的方法，使CdS和CdSe均勻地沉積在TiO2/FTO電極上。經過分別對CdS量子點和CdSe量子點電沉積時間以及穩(wěn)定劑的優(yōu)化，得到最佳的CdS/CdSe量子點敏化TiO2電極。在標準模擬太陽光照下，該電極制作的量子點敏化太陽電池的光電轉換效率高達4.40%。將該電極應用于光解水，其光轉化效率達到了8.17%。
- 詳細介紹：
- 本文采用電沉積方法，在TiO2電極上均勻快速制備CdS量子點和CdSe量子點，該方法克服了連續(xù)離子層吸附反應法、化學浴沉積法等傳統(tǒng)方法在電極上沉積量子點不均勻、耗時等缺點。 經過對CdS量子點和CdSe量子點電沉積時間以及穩(wěn)定劑的優(yōu)化，以經過TiCl4溶液處理的TiO2/FTO電極為工作電極，得到最佳的CdS/CdSe量子點敏化TiO2電極。與單獨的TiO2/CdS、TiO2/CdSe以及TiO2/CdSe/CdS結構的敏化電極相比，TiO2/CdS/CdSe電極的結構能形成有利于電子注入和空穴傳輸的階梯狀能級排列，因此在標準模擬太陽光照（100 mW cm-2）下，該電極制作的量子點敏化太陽電池的光電轉換效率高達4.40%（其中Jsc=18.03 mA cm-2，Voc=506 mV，FF=0.48)，高于目前國際上基于同種電極材料所得的最高效率4.22%。將該電極應用于光解水，其將光能轉化效率達到了8.17%，其中電流為16.00 mA cm-2。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 利用電沉積法制備CdS/CdSe量子點敏化TiO2電極，針對量子點敏化電極的結構對太陽電池的影響進行討論，將其應用于量子點敏化太陽電池和光解水，測其光電轉換效率及光能轉換化學能的效率。
科學性、先進性及獨特之處
- 本課題采用了一種簡單快速的電沉積法制備CdS/CdSe量子點敏化TiO2電極，并將其應用于量子點敏化太陽電池及光解水制氫中。電沉積方法克服了傳統(tǒng)的連續(xù)離子層吸附生長法（SILAR）的缺點（使量子點在TiO2電極上生長不均勻），成功地合成了CdS和CdSe均勻覆蓋的TiO2電極，在量子點敏化太陽電池方面獲得了非常高的光電轉換效率（4.40%），此外，在光解水的光能轉化為化學能的效率也高達8.17%。
應用價值和現實意義
- 量子點敏化太陽電池作為第三代太陽電池，具有穩(wěn)定性好、成本低等特點，在目前能源危機嚴重的現實情況下有十分廣闊的應用前景。本課題開發(fā)的電沉積制備量子點敏化太陽電極的方法簡單、快速，所制得的量子點敏化電極除了可用于制備太陽電池外，還可以用于光解水制備氫氣。為量子點敏化太陽電池的研究提供一些合理的思路，并將推動該型太陽電池的研究與應用化進程。
學術論文摘要
- 本文采用電沉積的方法，使CdS和CdSe均勻地沉積在TiO2電極上。經過分別對CdS量子點和CdSe量子點電沉積時間以及穩(wěn)定劑的優(yōu)化，得到最佳的CdS/CdSe量子點敏化TiO2電極。與單獨的TiO2/CdS、TiO2/CdSe以及TiO2/CdSe/CdS結構的敏化電極相比，TiO2/CdS/CdSe電極的結構中能形成有利于電子注入和空穴傳輸的階梯狀能級排列，因此在標準模擬太陽光照（100 mW cm-2）下，利用該電極制作的量子點敏化太陽電池的光電轉換效率高達4.40%。將該電極應用于光解水，其將光能轉化效率達到了8.17%。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 該作品系學生課外學術科技作品，符合要求。
參考文獻
- 1 S. Rühle, A. Zaban, M. Shalom, Quantum-Dot-Sensitized Solar Cells, ChemPhysChem, 2010, 11, 2290-2304. 2 Y.-L. Lee, C.-F. Chi, S.-Y. Liau, CdS/CdSe Co-Sensitized TiO2 Photoelectrode for Efficient Hydrogen Generation in a Photoelectrochemical Cell, Chem. Mater., 2010, 22, 922–927. 3 Y.-L. Lee, Y.-S. Lo, Highly Efficient Quantum-Dot-Sensitized Solar Cell Based on Co-Sensitization of CdS/CdSe, Adv. Funct. Mater., 2009, 19, 604–609.
同類課題研究水平概述
- CdS、CdSe量子點敏化光電極的制備方法有間接法和直接法，其中間接法又叫分子鏈接法（LA），由于量子點與TiO2間由連接分子鏈接，電子在傳輸過程中有損失，且該方法制備的敏化電極存在量子點在TiO2上覆蓋率過低的缺陷，因此其光電轉換效率不高。直接法有連續(xù)離子層吸附反應法（SILAR）和化學浴沉積法（CBD），據文獻報導目前量子點敏化太陽電池的最高效率為4.92%，由CBD法在大尺寸顆粒的TiO2工作電極上制備CdS/CdSe量子點而得到。利用P25 TiO2工作電極制備的量子點敏化太陽電池目前最高效率為4.22%，并且是利用繁瑣的SILAR法制備CdS/CdSe量子點而得到。此外，利用CBD法和SILAR法制備量子點存在不均勻的缺點，同時它們還分別存在著制備時間長、過程繁瑣等缺點。 電沉積法操作簡單，制備時間短，同時還可以使量子點均勻地生長在TiO2工作電極上，然而，目前還沒有文獻報導利用電沉積法將CdS和CdSe先后沉積于同一TiO2工作電極上并進行CdS/CdSe量子點敏化太陽電池的研究。本課題利用P25 TiO2作為工作電極，通過兩步電沉積法制備了TiO2/CdS/CdSe電極，并在量子點敏化太陽電池方面取得了4.40%的光電轉換效率，是目前基于P25 TiO2材料的最高光電轉換效率。
