太阳能电池性能研究项目简介.docVIP

CdS敏化太阳能电池性能研究 项目简介 申报意义： 面对能源的潜在危机和生态环境的不断恶化，基于能源及环境两方面的考虑，一种对环境友好的可再生能源的开发利用受到人们的关注。鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，太阳能是各种可再生能源中最重要最丰富的清洁能源，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能的研究热潮。 采用无机半导体纳米粒子作为敏化纳晶薄膜太阳能电池的光敏剂具有明显的优点： 首先，无机半导体纳米粒子光吸性能可通过改变粒子尺寸来调节。而改变无机纳米半导体材料的尺寸小需要改变材料的化学组成，因此具有操作简单、方便的特点。 其次，无机半导体材料通常具有比有机染料分子更大的消光系数及更好的(光)化学稳定性。基于这些理论，无机半导体材料有望其成为一种可取代有机染料分予的光敏材料，而对无机纳米半导体敏化太阳能电池的研究对开发廉价有效的太阳能电池具有非常重要的意义。 背景： 敏化太阳能电池是由一种通过在可见光区具有较强光吸收性能的有机或窄禁带无机半导体材料(敏化剂)吸收太阳光的光子能量后将光生电荷转移到另一种宽禁带半导体材料，从而实现太阳能光电转换的光电转换太阳能电池系统。其中宽禁带半导体多为纳米多孔Ti02。按照所用光敏化剂的种类不同，敏化太阳能电池可分为有机染料敏化太阳能电池和无机纳米材料敏化太阳能电池。 1991年，瑞士Gratzel研究小组研制出用羧酸联吡啶钌(II)染料敏化的Ti02纳米晶多孔膜的太阳能电池，称为Gratzel太阳能电池或染料敏化Ti02纳晶太阳能电池。目前，在染料敏化太阳能电池中普遍使用的，也是效率较好的敏化剂为钌的多联吡啶络台物系列染料。染料敏化纳米薄膜太阳能电池的制作方法简单，成本低，光电转换效率高，是目前广泛研究的太阳能电池系统。但可用作高效太阳能电池敏化剂的染料为数不多，许多染料在近红外区的吸收很弱，其吸收光谱不能与太阳光谱很好的匹配。因此大量的研究集中在合成能与太阳光谱很好的匹配的有机染料化合物。但新染料的合成通常需要比较复杂的合成及分离、提纯路线。 近年来，利用无机纳米半导体粒子作为光敏剂进行敏化纳晶太阳能电池的研究正在逐渐增多。已有的研究表明窄禁带半导体材料如PbS，CdS，CdSe，Ag2S，Sb2S3和Bi2S3等都可以用作敏化太阳能电池的光敏剂。 设想： CdS纳米半导体材料在太阳光可见区具有优良的光学吸收性能，而且其导带能级比Ti02的导带能级更负，因此当光激发CdS时产生的光生电子能有效地转移到Ti02的导带从而实现光生电子空穴的有效分离。同时CdS作为无机半导体材料还具有大的消光系数及优良的光化学稳定性。因此CdS为一种优良的无机光敏剂材料。 光照条件下CdS/ TiO2复合电极电子转移示意图 研究内容： 太阳能的开发利用形式多样，其中最重要的一个方向是将太阳能转换为化学能如氢能等或电能。将太阳能转换为电能的装置称为太阳能电池，其主要原理是利用有机或无机半导体光敏材料吸收太阳光光子的能量形成光生电子，通过光生电子的定向移动实现太阳能的光电转换。本项目目标为利用无机半导体光敏材料CdS敏化Ti02纳晶多孔薄膜复合电极，研究复合电极的光电化学性能。 1、制备TiO2纳晶多孔薄膜电极，通过连续离子吸附反应技术制备CdS/ TiO2纳晶复合电极。 2、通过SEM，XRD，FTIR，UV-Vis及光电化学方法研究CdS/ TiO2纳晶复合电极的结构，光学及光电化学性能。 流程： 1、化学试剂准备 异丙氧醇钛，异丙醇，Cd(N03)2，Na2S，尿素，聚乙二醇，硫脲，Na2S03，导电玻璃(FTO)为掺F的Sn02导电玻璃，实验用水。 2、Ti02薄膜电极的制备 3、Ti02胶体的制备 4、CdS/ TiO2复合电极的制备 完成流程： CdS/ TiO2复合电极的表征 1、x一射线衍射(xRD) 2、扫描电镜(sEM)分析 3、傅立叶红外光谱(FTIR) 预想效果： 通过实验，研究CdS在 TiO2纳米电极表面的最佳沉积量，从而获得复合电极的最大光电流。 为了提高复合电极的光电化学性能，通过实验对复合电极进行热处理，从而获得最大光电流和光电压的实验数据和条件。