《高密度量子點表面修飾光電極及其光電性能研究》是依託長春工業大學，由呂威擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高密度量子點表面修飾光電極及其光電性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：呂威
- 依託單位：長春工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於界面結構的限制導致的能量轉化效率低下是制約量子點敏化太陽能電池發展和套用的關鍵，其主要問題是較低的光陽極覆蓋率和如何實現量子點與光陽極間的有效結合。針對於此，以簡單、低成本、環境友好為指導思想，本課題提出採用如下方法有效提高量子點吸附率，實現有效結合：（1）交聯量子點網路和網狀擬單晶TiO2層疊排列，利用大面積交聯網路疊層排列提高吸附率。（2）多尺寸分布量子點自組裝，利用自組裝方法採用多尺寸分布量子點逐步吸附有效填充量子點間空隙，提高吸附率和光吸收範圍。項目擬通過改變各種影響因素，獲得製備方法和條件對微結構、尺寸、形貌及生長過程影響的規律；通過能帶工程，調節量子點與TiO2間的能帶匹配以提高載流子抽取效率；採用理論計算和實驗相結合，深入研究載流子抽取、複合和輸運等動力學過程，建立器件物理模型，揭示光生載流子在迴路中的傳輸機理，為進一步降低電子複合、提高太陽電池效率提供理論與實驗依據。
結題摘要
本項目以量子點敏化太陽能電池電極的最佳化研究和相關物理化學問題的研究為主要內容，探索提高量子點敏化太陽能電池的能量轉化效率的新方法、新途徑。具體成果如下: (1) 利用不同前驅體製備類石墨相二維g-C3N4, 探索了前驅物對其光降解能力的影響。結果表明以尿素為前驅體製備出的實驗產物光催化降解有機物效率最高。進一步將二維的g-C3N4引入TiO2納米粒子中製備光陽極的介孔層。當g-C3N4摻雜量為15%時，電池處於最佳狀態，相比摻雜前提高了29.3%。(2) 採用水熱法製備TiO2納米棒陣列結構光陽極，研究了製備條件對產物結構的影響。TiO2納米棒陣列結構光陽極可以明顯的提高電池的開路電壓以及短路電流。光電流最大為7.31mA/cm2，光電轉換效率達到最大2.28%，並通過將TiO2介孔薄膜與納米棒陣列結構複合，進一步將電池的效率提升至4%。(3) 研究了單一金屬硫化物及其複合物作為對電極對電池光電性能的影響。由於CuS的良好導電性和CoS高效的催化活性，複合金屬硫化物在不減少短路電流的情況下可以提高開路電壓，CuS/CoS作為對電極可以達到5.22%的光電轉化效率。(4) 製備了石墨烯/Cu2S複合對電極。最佳化了石墨烯與Cu2S的配比, 使用複合對電極相對於單一Cu2S對電極使得電池的開路電壓，短路電流和填充因子數值都有所提高，最終使得光電轉化效率達到4.76%。（5）通過製備高濃度電解液和引入鈍化層，進一步提高量子點敏化太陽能電池的能量轉化光電轉化效率。電解液濃度的增加可以加快激發電子後所留下空穴的復原，而使光電轉化效率提升了18%。優選出SiO2鈍化層的最佳沉積條件,鈍化層的存在有效的抑制了光陽極/電解液界面的電荷複合，使得光電轉化效率高達5.6%，光電轉化效率提升了33.3%。在本項目支持下發表SCI論文14篇，EI論文1篇，新申請國家發明專利2項，獲得授權發明專利2項。在本項目進行過程中，共培養了具有獨立工作能力的研究生9名，4次參加各種國內外相關的學術會議，做邀請報告3次。
