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SnO2 作散射层的光阳极膜厚对量子点染料敏化太阳能电池光电性能的影响

806 编辑：中冶有色网来源：刘明珠,樊娆,张萧宇,马泽元,梁城洋,曹颖,耿仕通,李玲

2024-04-17 10:08:07

1998年Nozik首次用量子点作为光敏化剂，用无机半导体作为敏化剂制作新型敏化太阳能电池[1] 近年来，量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)发展迅速目前基于合金化策略制备的五元合金量子点获得了15.20%的认证效率[2] QDSSCs具有原料来源广泛[3~7]、制备成本低廉、电池性能稳定以及光电转换效率较高的等优势，是最具有开发潜力的新一代太阳能电池[8] QDSSCs的结构与DSSCs相同，都是由光阳极、电解液和对电极组成的典型的三明治结构[9] 为了实现量子点敏化剂更好的匹配[10~13]，QDSSCs的光阳极通常选用导带底低于量子点敏化剂的宽带隙半导体氧化物，以利于光生电子的注入[14] 量子点因其特有的“零维”空间结构而具有一些特殊的物理特性 “零维”空间结构为量子点注入了一些特殊的物理特性，如量子尺寸效应使量子点具有带隙可调性，可调节其光谱响应范围与窄光谱染料敏化剂相比，宽光谱量子点敏化剂具有更高的吸光系数，能更充分地利用太阳光同时，量子点敏化剂的多激子效应可在吸收一个光子的情况下激发多个电子，因此QDSSCs的理论光电转换率达到了惊人的44%，超过了单结半导体太阳能电池32%的传统光电转换效率[15] 随着研究的深入，TiO2阳极材料可广泛地应用于QDSSCs[16]和其他类型光伏电池中[17~21] 作为TiO2的潜在替代品，其他合适的半导体氧化物也受到了关注 Hossain等[22]发现纳米结构的SnO2比纳米TiO2更有望成为QDSSCs中的光阳极材料 SnO2是一种p型宽带隙半导体[23]，具有比TiO2更高的电子扩散速率[24, 25]，因为其电子迁移率更高这将使其成为QDSSCs光阳极材料的更好选择[26] SnO2(3.6 eV)比TiO2(3.2 eV)的带隙更大，可以减少价带中的氧化空穴，有利于激子的复合作用，从而提高QDSSCs的稳定性 Pan等[27]制备的分层SnO2空心结构的多功能光电极，用于PbS量子点电池中其光电转换效率可达1.34 Lin等[23]用水热法合成的SnO2纳米粒子，结合CdS量子点使SnO2膜敏化后光电转换效率达到1.78%的 Wang等[28]首次合成了粒径可调SnO2纳米球，用于QDSSCs光电转换效率约为1.91%，随后又将纳米结构SnO2太阳能电池光电转换效率优化到3.68%[29]

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