基本信息
- 项目名称：
- 电沉积制备CdS/CdSe量子点敏化TiO2电极及其应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文采用电沉积的方法，使CdS和CdSe均匀地沉积在TiO2/FTO电极上。经过分别对CdS量子点和CdSe量子点电沉积时间以及稳定剂的优化，得到最佳的CdS/CdSe量子点敏化TiO2电极。在标准模拟太阳光照下，该电极制作的量子点敏化太阳电池的光电转换效率高达4.40%。将该电极应用于光解水，其光转化效率达到了8.17%。
- 详细介绍：
- 本文采用电沉积方法，在TiO2电极上均匀快速制备CdS量子点和CdSe量子点，该方法克服了连续离子层吸附反应法、化学浴沉积法等传统方法在电极上沉积量子点不均匀、耗时等缺点。 经过对CdS量子点和CdSe量子点电沉积时间以及稳定剂的优化，以经过TiCl4溶液处理的TiO2/FTO电极为工作电极，得到最佳的CdS/CdSe量子点敏化TiO2电极。与单独的TiO2/CdS、TiO2/CdSe以及TiO2/CdSe/CdS结构的敏化电极相比，TiO2/CdS/CdSe电极的结构能形成有利于电子注入和空穴传输的阶梯状能级排列，因此在标准模拟太阳光照（100 mW cm-2）下，该电极制作的量子点敏化太阳电池的光电转换效率高达4.40%（其中Jsc=18.03 mA cm-2，Voc=506 mV，FF=0.48)，高于目前国际上基于同种电极材料所得的最高效率4.22%。将该电极应用于光解水，其将光能转化效率达到了8.17%，其中电流为16.00 mA cm-2。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 利用电沉积法制备CdS/CdSe量子点敏化TiO2电极，针对量子点敏化电极的结构对太阳电池的影响进行讨论，将其应用于量子点敏化太阳电池和光解水，测其光电转换效率及光能转换化学能的效率。
科学性、先进性及独特之处
- 本课题采用了一种简单快速的电沉积法制备CdS/CdSe量子点敏化TiO2电极，并将其应用于量子点敏化太阳电池及光解水制氢中。电沉积方法克服了传统的连续离子层吸附生长法（SILAR）的缺点（使量子点在TiO2电极上生长不均匀），成功地合成了CdS和CdSe均匀覆盖的TiO2电极，在量子点敏化太阳电池方面获得了非常高的光电转换效率（4.40%），此外，在光解水的光能转化为化学能的效率也高达8.17%。
应用价值和现实意义
- 量子点敏化太阳电池作为第三代太阳电池，具有稳定性好、成本低等特点，在目前能源危机严重的现实情况下有十分广阔的应用前景。本课题开发的电沉积制备量子点敏化太阳电极的方法简单、快速，所制得的量子点敏化电极除了可用于制备太阳电池外，还可以用于光解水制备氢气。为量子点敏化太阳电池的研究提供一些合理的思路，并将推动该型太阳电池的研究与应用化进程。
学术论文摘要
- 本文采用电沉积的方法，使CdS和CdSe均匀地沉积在TiO2电极上。经过分别对CdS量子点和CdSe量子点电沉积时间以及稳定剂的优化，得到最佳的CdS/CdSe量子点敏化TiO2电极。与单独的TiO2/CdS、TiO2/CdSe以及TiO2/CdSe/CdS结构的敏化电极相比，TiO2/CdS/CdSe电极的结构中能形成有利于电子注入和空穴传输的阶梯状能级排列，因此在标准模拟太阳光照（100 mW cm-2）下，利用该电极制作的量子点敏化太阳电池的光电转换效率高达4.40%。将该电极应用于光解水，其将光能转化效率达到了8.17%。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 该作品系学生课外学术科技作品，符合要求。
参考文献
- 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.
同类课题研究水平概述
- CdS、CdSe量子点敏化光电极的制备方法有间接法和直接法，其中间接法又叫分子链接法（LA），由于量子点与TiO2间由连接分子链接，电子在传输过程中有损失，且该方法制备的敏化电极存在量子点在TiO2上覆盖率过低的缺陷，因此其光电转换效率不高。直接法有连续离子层吸附反应法（SILAR）和化学浴沉积法（CBD），据文献报导目前量子点敏化太阳电池的最高效率为4.92%，由CBD法在大尺寸颗粒的TiO2工作电极上制备CdS/CdSe量子点而得到。利用P25 TiO2工作电极制备的量子点敏化太阳电池目前最高效率为4.22%，并且是利用繁琐的SILAR法制备CdS/CdSe量子点而得到。此外，利用CBD法和SILAR法制备量子点存在不均匀的缺点，同时它们还分别存在着制备时间长、过程繁琐等缺点。 电沉积法操作简单，制备时间短，同时还可以使量子点均匀地生长在TiO2工作电极上，然而，目前还没有文献报导利用电沉积法将CdS和CdSe先后沉积于同一TiO2工作电极上并进行CdS/CdSe量子点敏化太阳电池的研究。本课题利用P25 TiO2作为工作电极，通过两步电沉积法制备了TiO2/CdS/CdSe电极，并在量子点敏化太阳电池方面取得了4.40%的光电转换效率，是目前基于P25 TiO2材料的最高光电转换效率。
