量子点敏化太阳电池柔性电极的制备及性能优化

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柔性光伏电池由于其轻薄、可弯曲、便携式和可穿戴应用等特点已引起了广泛的关注,作为第三代新型太阳电池的量子点敏化太阳电池(QDSCs)在柔性电池的结构设计、制备工艺及效率等方面仍存在着问题。基于有机导电膜煅烧温度的限制,柔性光阳极的制备工艺一直面临着挑战,从而影响光电转化效率以及电化学稳定性;而对电极作为QDSCs不可或缺的一部分,其报导的基材多为固体材料,阻碍了全柔性QDSCs的实现。针对以上问题,本文通过改进柔性光阳极膜的制备工艺以及条件优化,得到了稳定的高效柔性光阳极,该法通用性强;同时在对电极的结构设计及制备工艺上,本文也进行了系统探讨,结合高导电性石墨纸和高催化活性硫化铜,制备出了高效柔性复合对电极,简化了制备工艺,组装了全柔性QDSCs。具体研究工作如下:  (1)基于量子点涂料的柔性光阳极制备及优化  将预先合成的油相量子点(QDs)与二氧化钛(TiO2)混合,制得的量子点涂料通过简单的刀刮法涂覆于ITO-PET基底。此方法简单易操作,制备出的柔性QDs-TiO2光阳极稳定,而且适用于多种量子点。此外,通过一系列反应条件的对比、优化,得到最佳的反应条件。基于铜片对电极,柔性Zn-Cu-In-Se QDSCs获得了2.83%的光电转化效率,CdSe QDSCs为2.46%,CdSeTe QDSCs为1.99%。相较于传统柔性QDSCs的制备工艺,本方法易于规模化操作,潜在地为柔性QDSCs的发展带来了希望。  (2)高效硫化铜/石墨纸对电极的制备以及全柔电池的开发  目前,多数对电极基底采用传统的导电玻璃,限制了全柔性QDSCs的进一步发展,且柔性对电极的工艺较为复杂。石墨纸(GP)是一种性能良好的基底材料。本工作中,我们通过原位生长法——连续离子交换吸附法(SILAR)在预先处理过石墨纸(mGP)上生长硫化铜(CuxS)制备对电极,组装的ZnCuInSe QDSCs获得了8.70%效率,比传统的CuxS/FTO CE高了近65%,比CuxS/GP高了39.6%,而mGP比GP又高了17.9%。EIS、Tafel、CV、四探针等表征结果表明,GP比FTO具有更优良的导电性,且GP经过表面化学修饰后,mGP具有更高的亲水性、粗糙度,更有利于催化剂的吸附,同时,CuxS与GP基底之间存在“共催化效应”,这些共同因素致使CuxS/mGP CE效果最佳。最后,我们也组建了全柔性的ZnCuInSe QDSCs,得到了2.45%的效率,并进一步进行柔韧性测试,结果表明所组装的全柔性QDSCs具有良好的柔韧性以及稳定性。
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