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量子点敏化太阳能电池电解质的研究进展舒婷【摘要】量子点敏化太阳能电池是兼具低成本和高理论转化效率的第三代太阳能电池.电解质是量子点敏化太阳能电池的重要组成部分,是影响电池的光电转换性能及稳定性的重要因素之一.本文评述了量子点敏化太阳能电池中液态、准固态和固态电解质体系的研究进展,并对电解质的发展前景进行了展望.%Quantum dot-sensitized solar cell(QDSSC) is regarded as a potential low-cost and high-efficiency photovoltaic cell as the third generation solar cell. Electrolyte which is an important part of QDSSC and one of the key factors that influence the performance of QDSSC. Herein,the recent research progress of electrolytes used in QDSSC by classifying them as liquid state, quasi-solid state and solid state was introduced. The future developments of the electrolytes are also prospected.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2013(027)004【总页数】3页(P42-44)【关键词】量子点敏化;太阳能电池;电解质【作者】舒婷【作者单位】湖北科技学院药学院,湖北咸宁437100【正文语种】中文【中图分类】TM914.4自1991年Grätzel[1]教授首次报道染料敏化太阳能电池获得7.9%的转化效率以来，染料敏化太阳能电池引起了研究者的广泛关注。
《CuInS2基量子点太阳电池光阳极制备及敏化特性研究》篇一一、引言随着全球能源需求的不断增长和环境污染的日益严重，开发高效、清洁的可再生能源成为科学研究与工程应用的重点领域。
太阳能电池作为重要的新能源利用技术之一，备受人们的关注。
在众多太阳能电池中，基于CuInS2（铜铟硫）基量子点的太阳电池以其高效的光电转换性能和低廉的制造成本成为研究的热点。
本文将针对CuInS2基量子点太阳电池光阳极的制备及其敏化特性进行研究。
二、光阳极的制备（一）材料选择与前处理制备CuInS2基量子点太阳电池光阳极的关键是选择合适的材料并做好前处理工作。
本实验选用的材料为高纯度的Cu、In和S 源，并通过清洗、干燥等前处理过程去除杂质，以保证光阳极的质量。
（二）制备过程光阳极的制备过程包括量子点的合成和薄膜的制备两个步骤。
首先，在高温高真空条件下，将Cu、In和S源按照一定比例混合，合成出CuInS2量子点。
然后，将合成好的量子点溶液涂覆在导电玻璃基底上，通过旋涂或喷涂的方式制备出均匀的薄膜。
最后，对薄膜进行热处理，以提高其结晶性和稳定性。
三、敏化特性研究（一）光谱响应特性CuInS2基量子点因其独特的能级结构和纳米尺寸效应，具有优异的光吸收性能。
本部分研究了量子点太阳电池光阳极的光谱响应特性，通过测量不同波长下的光电流和光电压，分析了光阳极的光电转换效率及光谱响应范围。
（二）敏化效果分析敏化是指通过化学或物理方法将光敏材料与半导体材料结合，提高半导体材料的光吸收性能。
本部分研究了CuInS2基量子点对光阳极的敏化效果，通过对比敏化前后光阳极的光电性能参数，如开路电压、短路电流、填充因子等，分析了敏化对太阳电池性能的提升程度。
四、实验结果与讨论（一）光阳极制备结果通过优化制备工艺，成功制备出均匀致密、结晶性良好的CuInS2基量子点太阳电池光阳极。
扫描电子显微镜（SEM）结果表明，量子点在薄膜中分布均匀，无明显的团聚现象。
量子点太阳能电池的研究进展与展望随着全球能源需求的不断增加和以化石能源为主的能源结构趋于枯竭，可再生能源逐渐成为人们眼中的宝贵财富。
太阳能电池是一种最为广泛应用的可再生能源，但其能效和成本仍然是相对薄弱的环节，这也使得太阳能电池的性能与稳定性受到诸多限制。
近年来，量子点太阳能电池作为一种新型太阳能电池备受研究人员关注，其特殊的光电性质和高效率的能量转换使得其被誉为太阳能电池技术的“未来之星”。
本文将就量子点太阳能电池的研究进展及其未来发展趋势进行探讨。
一、量子点太阳能电池的基本原理量子点太阳能电池是一种基于半导体量子点的太阳能电池，利用量子点表面和体积效应调控电子能带结构和载流子性质，来提高太阳能电池的转换效率。
其基本结构由p型和n型半导体夹层组成，中间加入由量子点形成的导电通道，形成一个电子-空穴对的太阳能电池器件。
量子点具有在大面积表面积下形成高能量状态的能力，这使得量子点具有独特的光电性质。
太阳光线照射量子点，可激发其内部原子的电子跃迁至更高的能级，释放出生动的电子-空穴对。
这些电子-空穴对会向导电通道聚集，形成电子流和空穴流，从而发挥太阳能电池所应有的作用。
二、量子点太阳能电池的研究进展1.量子点材料的开发和改良量子点太阳能电池依赖于量子点材料的特殊性质，大多数被用作量子点材料的是二氧化硅和硒化硒等无机材料。
此外，近年来也出现了基于有机分子、高分子、金属有机框架等新型量子点材料。
在量子点材料的改良方面，主要包含两个方向：一是利用新型合成技术，生产出单晶质量较高的大面积化合物量子点；二是通过表面修饰、包覆等手段，控制量子点光电性能，提高光电转换效率和稳定性。
这都为量子点太阳能电池的研究提供了基础。
2.量子点太阳能电池性能的改善量子点太阳能电池将太阳能转化成电能的效率主要取决于太阳光的吸收程度、电荷转移效率和载流子耗散的抑制程度。
近年来的研究表明，在量子点太阳能电池的系统中引入阴极、阳极二氧化钛载体等结构，可以大幅度提升电池的光电转换效率。
量子点敏化太阳能电池的研究及应用前景随着环保意识的日益增强，太阳能电池作为一种可再生能源，备受人们的关注。
近年来，量子点敏化太阳能电池的研究备受关注，被认为是未来太阳能电池的发展方向之一。
本文将从量子点敏化太阳能电池的基本原理、研究进展和应用前景三个方面展开探讨。
一、基本原理量子点是一种新型半导体材料，由于其晶体大小只有几个纳米级别，使其具有很多特殊的性质。
量子点敏化太阳能电池是一种以量子点材料为敏化剂的电池，主要由传统钙钛矿太阳能电池和量子点层组成。
传统钙钛矿太阳能电池是目前市场上应用最广泛的太阳能电池，其材料主要有二氧化钛等。
由于钙钛矿材料的局限性，如光电性能不稳定、生产成本高等问题，人们将目光投向了材料和结构更加复杂的量子点敏化太阳能电池。
量子点敏化太阳能电池的原理是通过将量子点敏化剂涂在钙钛矿层上，利用量子点本身的特性来增加太阳能电池对光的吸收能力，从而提高光电转化效率。
具体来说，量子点可以实现光的多次散射，形成“光捕获漏斗”结构，使得钙钛矿更容易吸收光线并将其转化为电流。
此外，量子点的带隙可以通过控制粒子的大小和组成来调整，以实现对太阳光谱的优化。
二、研究进展量子点敏化太阳能电池的研究始于20世纪90年代，至今已有20余年历史。
研究者们通过不断尝试新的材料和结构，逐渐提高了太阳能电池的光电转化效率。
如2005年，研究者就利用CdS量子点敏化剂成功制备了4.2%的太阳能电池，并将效率提升至6.7%后，量子点材料正式引起了全球研究者的关注。
不断的研究和改进，使得该太阳能电池的效率已达到了13%。
在研究进展的基础上，量子点敏化太阳能电池被广泛应用于生活中的不同领域。
如，量子点敏化太阳能电池可以应用于智能家居领域，为家居设备提供可更换电池的智能技术，增强家居设备的收集、传输和处理信息的能力；在可穿戴电子产品中，量子点敏化太阳能电池可以再次使用与紫外线下充电。
在农业领域，量子点敏化太阳能电池可以实现水稻光合途径的光谱优化，从而提高光合作用水平，增加作物产量。
《CuInSe2量子点制备及TiO2光阳极敏化性能的研究》篇一一、引言随着科技的发展，太阳能的利用和转化技术已成为当前研究的热点。
其中，CuInSe2（CIS）量子点因其独特的光电性能，在太阳能电池中有着广泛的应用前景。
TiO2光阳极作为太阳能电池的关键部分，其性能的提升也是研究者们关注的重要课题。
因此，对CuInSe2量子点的制备以及其用于TiO2光阳极的敏化性能研究，对提升太阳能电池的光电转换效率具有重要意义。
二、CuInSe2量子点的制备CuInSe2量子点因其独特的电子结构和优异的物理化学性质，在太阳能电池中具有广泛的应用前景。
其制备方法主要包括化学浴沉积法、共蒸发法、溶胶-凝胶法等。
本研究采用化学浴沉积法来制备CuInSe2量子点。
1. 实验材料和设备本实验所需的材料包括硒源、铜源、铟源、有机溶剂等，主要设备为烧杯、磁力搅拌器、温度计等。
2. 制备过程首先，将铜源、铟源和硒源溶解在有机溶剂中，形成前驱体溶液。
然后，将TiO2基底浸入前驱体溶液中，通过控制反应时间和温度等条件，使CuInSe2量子点在TiO2基底上形成。
3. 制备结果与讨论通过调整反应条件，如温度、时间等，可以控制CuInSe2量子点的尺寸和分布。
通过SEM和TEM等手段对制备的CuInSe2量子点进行表征，结果表明其具有较好的分散性和均匀性。
三、TiO2光阳极的敏化性能研究TiO2光阳极作为太阳能电池的关键部分，其敏化性能的优劣直接影响到太阳能电池的光电转换效率。
将CuInSe2量子点引入到TiO2光阳极中，可以有效提高其敏化性能。
1. 实验方法将制备的CuInSe2量子点通过物理或化学方法固定在TiO2光阳极上，然后测试其光电性能。
测试内容包括电流-电压曲线、IPCE等。
2. 实验结果与讨论通过测试，我们发现将CuInSe2量子点引入到TiO2光阳极后，其开路电压和短路电流均有显著提高。
同时，IPCE（入射光子-电流转换效率）也有明显的提升。
《基于组分和核壳结构调控的CuInS2量子点及其敏化太阳电池特性》篇一一、引言随着能源危机和环境问题的日益严峻，对新型、高效的太阳能转换技术的研究成为了科学家们的焦点。
近年来，基于CuInS2（简称CIS）量子点的敏化太阳能电池由于其较高的光电转换效率和较好的稳定性备受关注。
CuInS2量子点的特性和性能受其组分以及核壳结构的调控，是提升其光吸收和电荷传输性能的关键。
本文将探讨基于组分和核壳结构调控的CuInS2量子点及其在敏化太阳电池中的应用。
二、CuInS2量子点的合成与组分调控CuInS2量子点因其独特的电子结构和良好的光吸收性能在太阳能电池中有着广泛的应用。
其合成过程通常包括组分的调控，通过控制合成过程中的原料比例，如Cu、In和S的原子比例，可以实现对其光学和电学性能的调控。
此外，通过改变合成温度、时间和溶剂等条件，可以进一步优化CuInS2量子点的尺寸和形状。
三、核壳结构调控的CuInS2量子点为了进一步提高CuInS2量子点的性能，研究者们引入了核壳结构的调控策略。
在CuInS2量子点外层包裹一层其他材料（如ZnS或CdS）形成核壳结构，不仅可以提高其稳定性，还能调整其能级结构，从而改善光吸收和电荷传输性能。
通过控制壳层的厚度和材料种类，可以实现对核壳结构CuInS2量子点光电性能的精细调控。
四、基于CuInS2量子点的敏化太阳电池特性基于CuInS2量子点的敏化太阳电池利用量子点的光吸收性能来提高光电转换效率。
在太阳光照射下，CuInS2量子点吸收光子并产生电子-空穴对，这些载流子随后被分离并传输到电极上，从而产生电流。
由于核壳结构调控的CuInS2量子点具有更高的光吸收能力和更好的电荷传输性能，因此其敏化太阳电池具有更高的光电转换效率和更好的稳定性。
五、结论本文通过对基于组分和核壳结构调控的CuInS2量子点及其在敏化太阳电池中的应用进行探讨，发现组分和核壳结构的调控对于提高CuInS2量子点的光吸收和电荷传输性能具有关键作用。
《Zn-CuInS2量子点的成分调控及其敏化太阳电池光阳极的优化》篇一一、引言随着对可再生能源需求的不断增长，太阳能电池已成为研究热点之一。
Zn-CuInS2（ZCIS）量子点因其独特的光电性能和稳定性，在太阳能电池中展现出巨大的应用潜力。
本文旨在探讨Zn-CuInS2量子点的成分调控及其在敏化太阳电池光阳极的优化，以提高太阳能电池的光电转换效率。
二、Zn-CuInS2量子点的成分调控Zn-CuInS2量子点具有可调的带隙、高消光系数和良好的载流子传输性能，其成分调控对于优化太阳能电池性能至关重要。
通过调整Zn、Cu和In的比例，可以实现对量子点带隙的精确控制，进而影响其光吸收性能。
此外，适当的元素掺杂还可以提高量子点的稳定性和导电性。
在成分调控过程中，需要关注以下几个方面：1. 元素比例：通过调整Zn、Cu和In的摩尔比例，可以获得具有不同带隙的ZCIS量子点，以满足不同波长的光吸收需求。
2. 掺杂元素：适量的掺杂元素（如Al、Ga等）可以改善量子点的电子结构和能级分布，提高其光电性能和稳定性。
3. 合成方法：采用合适的合成方法（如热注射法、溶剂热法等）可以控制量子点的尺寸、形状和分散性，进一步优化其光电性能。
三、敏化太阳电池光阳极的优化将ZCIS量子点应用于敏化太阳电池的光阳极，可以提高光阳极的光吸收能力和光电转换效率。
光阳极的优化主要包括以下几个方面：1. 量子点薄膜制备：通过优化量子点薄膜的制备工艺（如浸渍法、旋涂法等），可以控制薄膜的厚度、均匀性和附着力，从而提高光阳极的光吸收能力。
2. 界面修饰：对光阳极与电解质之间的界面进行修饰，可以提高电荷传输效率和抑制电荷复合，从而提高太阳能电池的性能。
3. 电池结构优化：根据实际需求，可以调整太阳能电池的结构，如采用双光阳极、添加反光层等，以提高光的利用率和减少光的损失。
四、实验结果与讨论通过实验，我们发现在Zn-CuInS2量子点的成分调控过程中，适当的Zn/Cu比例和In含量对于提高量子点的光吸收性能和稳定性至关重要。
《CuInS2基量子点敏化太阳电池的掺杂特性、核壳结构及其吸附技术研究》篇一摘要随着太阳电池技术的不断进步，CuInS2基量子点敏化太阳电池因其高光电转换效率和低成本优势，逐渐成为研究热点。
本文重点研究了CuInS2基量子点的掺杂特性、核壳结构及其在太阳电池中的吸附技术。
通过实验和理论分析，探讨了不同掺杂元素对量子点性能的影响，核壳结构对光吸收和电子传输的优化作用，以及吸附技术对量子点敏化太阳电池性能的提升。
一、引言太阳电池作为将太阳能转换为电能的装置，其效率和稳定性对实际应用具有重要意义。
CuInS2基量子点敏化太阳电池凭借其高光吸收系数和良好的光电转换效率，成为当前研究的重点。
本文将从掺杂特性、核壳结构以及吸附技术三个方面，探讨CuInS2基量子点敏化太阳电池的研究进展。
二、CuInS2基量子点的掺杂特性1. 掺杂元素的选择CuInS2基量子点的掺杂是提高其光电性能的重要手段。
通过选择合适的掺杂元素，可以调整量子点的能级结构、提高光吸收效率、改善电子传输性能。
常见的掺杂元素包括金属元素和非金属元素。
2. 掺杂对量子点性能的影响不同元素的掺杂会对CuInS2基量子点的能带结构、光学性质和电学性质产生不同影响。
实验结果表明，适量掺杂可以显著提高量子点的光吸收能力和光电转换效率。
三、核壳结构的优化作用1. 核壳结构的构建核壳结构是通过在CuInS2量子点外包裹一层或多层其他材料（如硫化锌、硫化镉等）形成的。
这种结构可以保护量子点免受外界环境的影响，提高其稳定性。
2. 核壳结构对光吸收和电子传输的优化核壳结构能够有效地延长光生载流子的寿命，提高光吸收效率。
同时，核壳界面的能级匹配可以改善电子的传输性能，降低电子与空穴的复合几率。
四、吸附技术研究1. 吸附技术的原理吸附技术是通过化学或物理手段将量子点与太阳电池的光阳极紧密结合的技术。
通过适当的吸附层处理，可以提高量子点在光阳极上的附着力和稳定性。
2. 吸附技术对太阳电池性能的提升实验结果表明，采用适当的吸附技术可以显著提高CuInS2基量子点敏化太阳电池的光电转换效率和稳定性。
量子点敏化太阳能电池研究进展马娟，宋凤丹，陈昊，周运禄，齐随涛，杨伯伦(西安交通大学化工系，陕西西安710049)摘要：量子点敏化太阳能电池（quantum dot-sensitized solar cells, QDSSCs）由于其理论转化效率高（44%）、带隙可调、价格低廉和稳定性好等优点引起了广泛关注。
本文就QDSSCs的结构组成、工作原理、量子点（quantum dots, QDs）的合成方法、限制效率的因素以及优化方法等进行了综述，总结了量子点的两种合成方法即原位沉淀法和非原位沉淀法。
与此同时，分析了目前影响QDSSCs效率的主要因素，如电子-空穴对的复合、光阳极结构不完善、电解质性能不佳等，最后对如何提高QDSSCs光电转化效率的研究重点和方向进行了展望，指出可通过改性量子点敏化剂、优化光阳极半导体及改善量子点与半导体间的界面特性等方法提高转换效率。
关键词：量子点；光阳极；电解质；太阳能电池；转化效率中图分类号:TM914.4文献标识码：A文章编号：Progress in Quantum Dot-Sensitized Solar CellsMAJuan，SONG Fengdan，CHENHao，ZHOU Yunlu，QI Suitao，YANG Bolun(Department of Chemical Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，Shaanxi，China)Abstract: Quantum Dot-Sensitized Solar Cells (QDSSCs ) have been drawing much more attention due to their high efficiency, tunable band gap, low cast and good stability. This paper reviews the latest research progress in QDSSCs, including the structure of QDSSCs, the basic working principle of QDSSCs, the synthesis methods of quantum dots(QDs), the limiting factor of conversion efficiencyand the optimization methods. The two preparation methods of QDs are also summarized as in-situ synthesis and ex-situ synthesis. Meanwhile, the effects of the recombination of electrons and holes, defective structure of photoelectrode and deficient functions of electrolyte on the effecifiency of QDSSCs are analyzed, and the proposal for future research of QDSSCs is also outlined. Some measures to improve efficiency of QDSSCs including QDs modification, photoelectrode structure optimization and modification of the interface between QDs and photoelectrode are pointed out.Key words: Quantum dots; photoelectrode; electrolyte; solar cells; conversion efficiency太阳能电池发电是解决世界能源问题、促进经济发展、改善环境的重要途径之一。
量子点敏化太阳能电池研究进展中出现的问题及其解决方案篇一：量子点太阳能电池量子点太阳能电池摘要：量子点太阳能电池属于第三代太阳电池，优异的特性使其保持器件性能的同时能大幅降低太阳能电池的制造成本，因而已成为当前的前沿和热点课题之一。
本文就量子点太阳能电池的基本原理，发展历史以及性能优化方案做了简单介绍，并对量子点敏化太阳能电池的发展做了阐述。
关键词：太阳能电池、量子点、性能优化、敏化太阳能电池是很有前景的可再生能源，有望解决日益加剧的能源危机。
一般来讲，太阳能电池基本上是一种大面积的不施加偏压的pn结器件。
当太阳光照射这种pn结器件时光能便转化为电能。
太阳能电池的主要参数包括短路电流（JSC)、开路电压（VOC)、填充因子（Fill Factor，FF)、量子效率（Quantum Efficiency)、串联电阻（RS）和并联电阻（RSh)等。
光能转化为电能的过程简单来讲大体包括载流子的光产生、载流子分离和载流子输运等三个主要阶段。
当一个光子碰撞太阳能电池有源层时，若光子能量小于有源层材料的禁带宽度时，光子从太阳能电池有源层中透射而过；当光子能量等于或大于有源层材料的禁带宽度时，光子被太阳能电池的有源层吸收，多余的能量将会转化为热能。
在太阳能电池中，载流子的分离存在两种主要方式：(1)载流子在电池内建电场作用下的漂移运动；(2)载流子在电池中由于浓度梯度的存在而产生的扩散运动。
在较厚的太阳能电池中由于在有源区不存在电场，载流子的主要分离方式是扩散，从而对于这些电池来说少数载流子的扩散长度必须要能与电池厚度相当。
在较薄的电池中，由于缺陷的大量存在少数载流子的扩散长度通常很短，因此载流子的主要分离方式是在内建电场作用下的漂移运动。
太阳能电池的n型半导体端和P型半导体端通过金属-半导体欧姆接触的方式形成两端电极，电极与外部负载相连。
在电子-空穴分离后，如果载流子还未到达两端电极，它们将主要通过扩散的方式在中性区运动。
《CuInS2基量子点敏化太阳电池的掺杂特性、核壳结构及其吸附技术研究》篇一摘要随着太阳电池技术的不断进步，CuInS2基量子点敏化太阳电池因其高光电转换效率和低成本等优势，逐渐成为研究热点。
本文针对CuInS2基量子点敏化太阳电池的掺杂特性、核壳结构及其吸附技术进行了深入研究，探讨了掺杂元素对电池性能的影响，核壳结构对光吸收和电子传输的优化作用，以及吸附技术对量子点敏化剂稳定性的提升。
一、引言CuInS2基量子点敏化太阳电池以其优异的性能和较低的成本，在太阳能利用领域具有巨大的应用潜力。
研究其掺杂特性、核壳结构及吸附技术，对于提高电池的光电转换效率、稳定性和使用寿命具有重要意义。
二、CuInS2基量子点的掺杂特性1. 掺杂元素选择CuInS2基量子点的掺杂元素通常包括其他硫族元素如Se、Te等，或是金属离子如Zn、Cd等。
这些元素掺杂可以有效改善CuInS2的电子结构和光电性能。
2. 掺杂对性能的影响通过实验和理论计算，我们发现适量掺杂可以显著提高CuInS2的导电性，同时拓宽其光吸收范围。
不同元素的掺杂对电子传输和光吸收的影响有所不同，需要根据具体需求选择合适的掺杂元素和比例。
三、CuInS2基量子点的核壳结构1. 核壳结构设计为了优化CuInS2基量子点的光吸收和电子传输性能，研究者们设计了多种核壳结构，如CuInS2@ZnS、CuInS2@CdS等。
这些核壳结构可以有效地抑制量子点的表面缺陷，提高电子传输效率。
2. 核壳结构的光电性能核壳结构的引入可以显著提高CuInS2基量子点敏化太阳电池的光电转换效率。
通过实验对比，我们发现具有合适核壳比例的电池具有更高的开路电压和短路电流密度。
四、吸附技术研究1. 吸附剂的选择与应用为了提升量子点敏化剂的稳定性，研究者们采用了一系列吸附剂，如多硫化物、聚合物等。
这些吸附剂可以有效阻止量子点在光照和潮湿环境下的分解和团聚。
2. 吸附技术的改进与效果通过优化吸附剂的分子结构和涂布工艺，可以进一步提高吸附效率，增强电池的稳定性和使用寿命。
量子点新型太阳电池研究获进展
中国科学院等离子体物理研究所太阳能材料与工程研究室在有关项目的支持下，发展了量子点敏化太阳电池中量子点制备的新方法。
该研究结果于2012年2月24日发表在英国化学会《化学通讯》(DOI:10.1039/c2cc17081g)上。
该新方法采用金属硫族络合物(MCC)为前躯体，MCC吸附到二氧化钛(TiO2)纳米颗粒表面后，将TiO2纳米膜进行温和的热处理，MCC 分解为量子点并吸附在TiO2纳米颗粒上形成量子点敏化光阳极(图1)，制备的量子点和纳晶氧化物表面直接接触，在二氧化钛表面覆盖率高。
以MCC为前躯体经热处理得到SnSe2量子点示意图在国家973重大科学问题导向项目的支持下，相关科研人员以中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室为基础研究平台，开展了量子点异质结太阳电池、量子点敏化太阳电池等新型太阳电池及结构的探索性研究。
在过去的一年里，开展了硫化镉/硒化镉(CdS/CdSe)量子点敏化太阳电池电荷传输机理的研究，探讨了有机金属螯合物作为量子点敏化剂前驱体的可能性，目前正在开展通过分子金属硫化物前驱体分解制备硫化亚铜(Cu2S)对电极的研究，以期获得比常用的铂对电极更加优良的性能。
《CuInS2基量子点敏化太阳电池的掺杂特性、核壳结构及其吸附技术研究》篇一一、引言近年来，随着环境问题的日益严峻和清洁能源的迫切需求，太阳电池技术的研究逐渐成为国内外科研的热点。
CuInS2基量子点敏化太阳电池因其高光电转换效率和低成本优势，受到了广泛关注。
本文将重点探讨CuInS2基量子点的掺杂特性、核壳结构以及吸附技术等方面的研究进展。
二、CuInS2基量子点的掺杂特性1. 掺杂概述掺杂是提高太阳电池性能的重要手段之一。
在CuInS2基量子点中，通过引入杂质元素，可以有效地调整其能带结构，提高光吸收效率和载流子传输性能。
2. 掺杂元素选择常见的掺杂元素包括金属元素和非金属元素。
金属元素的引入可以改变CuInS2的能带结构，而非金属元素的引入则可以调节其带隙宽度，从而优化太阳电池的光电性能。
3. 掺杂方法及效果掺杂方法主要包括物理掺杂和化学掺杂。
物理掺杂主要通过高温固相反应将杂质元素引入CuInS2基体中；化学掺杂则通过溶液化学方法实现杂质元素的替代或插入。
实践证明，合适的掺杂方法能够显著提高CuInS2基量子点的光电转换效率。
三、核壳结构的构建与应用1. 核壳结构概述核壳结构是指在CuInS2量子点外层包裹一层或多层其他材料，以改善其稳定性和光电性能。
常见的外壳材料包括硫化锌、硫化铅等。
2. 核壳结构的构建方法核壳结构的构建主要通过溶液化学方法实现，包括共沉淀法、逐层生长法等。
这些方法可以在温和的条件下实现核壳结构的精确控制。
3. 核壳结构的应用效果核壳结构能够有效地提高CuInS2基量子点的光稳定性和光吸收能力，同时改善载流子的传输性能，从而提高太阳电池的光电转换效率。
四、吸附技术研究1. 吸附技术概述吸附技术是指通过在CuInS2基量子点表面引入官能团或其他物质，以提高其对光的吸附能力和与其他材料的相互作用力。
2. 吸附技术的方法与实现吸附技术主要采用表面修饰和自组装等方法。
通过在量子点表面引入适当的官能团或分子层，可以有效地提高其对光的吸附能力和与其他材料的相互作用力。
量子点敏化太阳能电池研究进展摘要：量子点敏化太阳能电池(QDSCs)因其制备成本低、工艺简单及量子点(QDs)本身的优异性能(如尺寸效应、多激子效应)等优点，近年来受到广泛关注。
在此类电池中，无机半导体量子点敏化剂作为吸光材料，其自身的光电性质、制备方法、表面缺陷、化学稳定性及其在TiO2光阳极上的敏化方法等是影响电池性能的关键。
本文综述了无机半导体量子点敏化剂(包括窄带隙二元量子点、多元合金量子点及Type-II核壳量子点)的最新研究进展，重点介绍了胶体量子点的制备方法；分类阐释了量子点在TiO2光阳极表面的沉积与敏化方法，特别是双官能团辅助自组装吸附法；总结了针对提高电子注入效率和减少复合的量子点表面修饰方法；最后简要介绍了QDSCs的电解质和对电极的研究进展。
关键词：量子点敏化太阳能电池；无机半导体量子点；胶体量子点；双官能团辅助自组装；表面修饰Progress in Quantum Dot-Sensitized Solar Cells Abstrac t:Quantum dot-sensitized solar cells (QDSCs) have attracted much attention in the past few yearsbecause of the advantages of quantum dots (QDs), including low cost, easy fabrication, size-dependence bandgap, and multiple exciton generation (MEG). The properties of QD sensitizers influence the performanceof QDSCs, such as their photoelectric characteristics, preparation methods, surface defects, chemical stability,and their sensitization towards TiO2 photoanodes. This review demonstrates the development of QD sensitizers, including narrow bandgap binary QDs, ternary or quaternary alloyed QDs, and Type-II core-shellQDs, especially the preparation methods of colloidal QDs. Furthermore, the deposition and sensitization methods of QDs are introduced in detail, particularly bifunctional-assisted self-assembly deposition.Meanwhile, methods to improve electron injection efficiency and reduce charge recombination are also summarized. Finally, a brief introduction is provided to the development of electrolytes and counter electrodes in QDSCs.Key Words:Quantum dot-sensitized solar cell;Inorganic semiconductor quantum dot;Colloidalquantum dot; Bifunctional-assisted self assembly; Surface treatment1 引言太阳能电池是一种利用光伏效应或光化学效应将太阳能转化为电能的能量转换形式。
量子点敏化太阳能电池研究进展111,2*刘晓光，吕丽丽，田建军12（北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083；中国科学院北京纳米能源与系统研究所，北京 100083）摘要：半导体量子点（Quantum Dot，简称QD）因其具有多种优异的光电性能而在太阳能转换方面得到了广泛地应用。
量子点敏化太阳能电池（Quantum Dot Sensitized Solar Cell，简称QDSC），因其工艺简单、制造成本低和理论光电转换效率高，被认为是极具发展潜力的新一代太阳能电池。
本文介绍了QDSC的基本结构和工作原理、QDSC的转换效率及影响因素、QDSC的研究进展等。
另外，我们还对量子点敏化太阳能电池的发展进行了展望。
关键词：量子点；太阳能电池；量子点敏化太阳能电池；研究进展引言随着世界经济的快速发展，人们对能源的需求量与日俱增，化石能源作为不可再生能源，已无法满足全球的能源消耗。
此外，化石能源的大量使用会造成全球变暖和环境污染等问题。
因而，寻求可高效利用并且对环境友好的可再生能源是世界各国的共同目标。
太阳能作为一种清洁的可再生能源，已经引起了广泛的关注，被认为是传统能源的最佳替代品。
根据所用材料的不同，太阳能[1]电池可分为：硅基太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、光电化学太阳能电池、有机太阳能电池和多结太阳能电池等。
量子点，是三维尺寸小于或接近激子波尔半径，具有量子局限效应的准零维纳米粒[2,3]子。
光敏性量子点是一种窄禁带宽度的半[4][5][6]导体材料，如CdS，CdSe，PbS，[7]InAs等，它可通过吸收一个光子能量产生多个激子或电子-空穴对，即多重激子效应（Multiple Exciton Generation，简称ME G），进而形成多重电荷载流子对，以更加有效地利用太阳能。
根据美国物理学家[8] Shockley和Queisser提出的S-Q极限模型，半导体PN结太阳能电池的光电转换效率极限为31%，如单晶硅、多晶硅太阳能电池等均受限于这一模型。
然而以QD为光敏剂构筑的量子点敏化太阳能电池，在MEG效应作用下，则能突破S-Q极限效率模型，具有更高[9,10]的理论光电转换效率。
并且，QDSC制造成本远低于硅基太阳能电池。
因此，QDSC被认为是极具发展潜力的新一代太阳能电池，成为世界范围内研究的热点之一。
1 QDSC的基本结构和工作原理QDSC是由有机染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cell，简称DSC）衍生而来，与之不同的是QDSC采用窄禁带宽度的QD取代DSC中的有机染料分子作为电子激发的敏化剂。
与有机染料相比，QD不仅[11~13]具有MEG效应，而且还具有其它优点：（1）QD光谱吸收范围更广，其带隙可以根据其尺寸大小来调节；（2）QD具有比有机染料分子更大的消光系数和光化学稳定性；（3）QD具有大的固有偶极矩，利于激发态电子-空穴的分离。
QDSC的工作原理如图1所示，其电池主要是由导电透明电极（如FTO）、多孔光阳极（如TiO薄膜）、2量子点敏化剂（QD）、电解质（如多硫化物）和对电极（如Cu S）组成。
在入射光子2的作用下，QD中的电子从价带跃迁到导带，激发态的电子快速注入到光阳极TiO导2带中，在FTO玻璃上富集并通过外电路流向2-对电极，QD中留下的空穴与电解质中的S2-2-2-离子发生氧化还原反应，S 离子被氧化成S 离子，S 离子扩散到对电极，得到电子被还原x x 2-成S 离子，构成整个回路。
图1 QDSC 的工作原理示意图2 QDSC的转换效率及影响因素量子点敏化太阳能电池的光电转换效率（）是电池的最大输出功率P 与输入光功率max [14]P 的比值：in inocsc in P FF V I P P ´´==max η（1）式中，V 为电池的开路电压，取决于光阳极的准费米能级与电解质的氧化还原电势之差；oc I 为电池的短路电流，主要取决于激发电子的数目、电子注入光阳极导带中的数目、电子在sc 光阳极多孔膜中的传输损耗以及在电解质中的传输损耗等；FF 为电池的填充因子。
量子点敏化太阳能电池的另一个重要参数是单色光的光电转换效率（Incident Photon-to-electron Conversion Efficiency ，IPCE ），其描述的是电池吸收不同波长的光时的光电转换效[14]率。
从电流产生过程的角度来考虑，IPCE 可以分解成几个因子乘积的形式：collinj LHE IPCE j j l l ´´=)()(（2）式中，LHE()为光吸收效率，主要取决于量子点的光谱响应范围和光阳极的比表面积。
大比表面积纳米晶半导体薄膜的应用，大大提高了量子点的吸附量，从而提高了LHE 。
为电子inj 注入过程的量子产率，并不是所有处于激发态的量子点都可以将电子有效地注入到半导体材料的导带中，有的量子点可能在电子注入过程发生之前就己经失活回到了基态。
为电子的coll 收集效率，由于注入的电子可能会与半导体多孔薄膜中的杂质复合，或与电解液中的氧化剂发生氧化还原反应而不能到达导电玻璃表面，因此会影响到整个太阳能电池的光电转换效率。
2.1 光吸收效率在QDSC 中，量子点就像光捕获天线，起着收集能量的作用，类似于叶绿素和胡萝卜素在自然界光合作用中所起到的作用，量子点对光的吸收效率，直接影响到QDSC 的光电转换效率。
QDSC 中使用到的吸光剂主要是Ⅱ-Ⅵ族窄带隙半导体CdS 、CdSe 、CdTe 、PbS 、PbSe 、Cu O 、Cu S 、CuInS 等。
为了提高光吸收效率：（1）可以通过对光阳极进行结构设计和表面22改性，以便吸附更多的量子点；（2）研发具有更宽吸收光谱的量子点敏化剂或通过改变量子点尺寸拓宽其吸收光谱；（3）量子点与量子点（或量子点与染料）共敏化的相关研究。
[15,16]另外，大量研究表明，量子点分子层中只有最靠近半导体的单层能够有效地进行电荷转移。
如果是多分子层吸附，虽然可以增加量子点对入射光的吸收，但同时也增加了入射光的损耗、阻碍了电子的运输，最终导致电池光电转换效率反而降低。
2.2 量子产率量子点敏化太阳能电池由于具有多重激子效应，所以具有更高的量子产率。
[17]Semonin 的研究证实了这一理论：PbSe 量子点沉积在ZnO 薄膜上，在波长小于400nm 时获得了大于100%的量子产率。
因此，利用高能光子产生多个激子或在热化反应前捕获热电子可[18][19]显著提高QDSC 的光电转换效率。
图2为其原理示意图。
[19]图2 QD 的多重激子效应如果有效利用MEG 效应，将在很大程度[20]上提高电池的光电转换效率。
然而，尽管MEG 效应早已被证实，但是基于该理论的量子点敏化太阳能电池并未取得重大进展[19]。
主要是因为激发MEG 效应需要很高能量[21]密度的光子。
为使MEG 效应得以实现，吸收光子能量的至少大于2E ，实际上要远大g [20]于3E 。
g 2.3电子收集效率实际上，QDSC 光伏发电过程中还存在[22]着一些不可避免的暗反应，主要包括：注入到光阳极导带中的电子与QD 中空穴发生复合反应；注入到光阳极导带中的电子与电解质中空穴发生复合反应，如图3所示。
为了提高QDSC 的光电转换效率，应尽量避免这些暗反应的发生。
图3电子注入过程中可能发生的暗反应注入到光阳极导带中后，电子的扩散传递（时间尺度为毫秒）以及电子与氧化还原电对中氧化物的复合（时间尺度为毫秒）是两个同时存在、相互竞争的过程，直接决定了光生电子的收集效率。
，其中[14]=k /(k +k )coll coll tran tran reck ，k 分别为电子传递和复合的一级速率常tran rec 数，要想获得高的电子收集效率，就必须增大k ，减小k 。
QD 附着方式、附着厚度以及tran rec QD 尺寸，都会对电子注入速率有很大影响。
3 QDSC的研究进展3.1 光阳极的结构设计纳米尺度的TiO 、ZnO 、SnO 等宽禁带22半导体氧化物，具有合适的能级结构和光稳定性，被认为是最具有开发潜力的可用做QDSC 光阳极的材料。
以TiO 纳米颗粒多孔2薄膜作为光阳极的QDSC 为例，对于高效的[23,24]TiO 膜，应具有更高的孔隙率和比表面2积，以便尽可能吸附更多的量子点。
其次，TiO 阳极薄膜最好由排列有序的锐钛矿晶粒2组成，以便提供良好的电子运输能力。
同时，TiO 纳米颗粒还应具有适应电子注入的2表面电子结构，以获得更高的量子产率。
另外，考虑到QD 的尺寸较大（以CdSe 为例，其尺寸约为5nm ），而有机染料通常只有1nm ，因此对于QDSC 来说，不仅需要光阳极膜提供大的比表面积，更重要的是提供容纳QD 的孔隙。
这些孔隙在QD 覆盖后还要留有足够的空间以便于电解质的渗入，电解质与QD 接触紧密才能够有效地还原失去了电子的QD 。
光阳极除了可制成纳米多孔薄膜外，还[25][26][27]可制成纳米线、纳米棒、纳米管等纳[28]米阵列结构。
纳米阵列电极材料增加了光子的散射，延长了光子在电极材料中的传输路径，有利于增强光的吸收。
另外，纳米阵列电极材料由于具有有序结构，且垂直于电极表面，这样将最大限度的减少电子在电极材料中的传输路径，降低界面复合的机会，如图4所示。
日本筑波市材料科学国家实验室的S. Z. Chu 等利用AAO 模板在导电玻璃表[29]面制备纳米线阵列，美国宾夕法尼亚州立大学材料研究实验室的Craig A.，Grimes 等用阳极氧化钛的方法制备了纳米TiO 孔阵列2[30]，试验结果表明：纳米阵列电极材料有利于提高光电转换效率。
图4电子在纳米阵列电极上的传输过程3.2 光阳极的表面改性制约QDSC 光电转换效率的一个重要因素就是光电压过低，这主要是由在电极表面存在的暗电流造成的，对光阳极多孔薄膜进行一些处理可以减少暗电流的发生，提高光电转换效率。
对此，研究人员研发了很多改性处理方法，主要包括以下几个[31]方面：表面化学改性、离子掺杂、包覆氧化物薄膜、形貌设计。
表1中概括了各种改性方法的作用，为提高电池性能，也可以考虑几种改性方法的共同作用，比如形貌设计和表面化学改性，包覆氧化物薄膜和表面化学改性的共同作用等。
[31]表1 各种改性方法的作用[32] ZnO 具有较为合适的能带结构、高的电子迁移率，并且可制成纳米线、纳米棒、纳米管等多种结构，有望取代TiO 成为新一代2纳米光阳极材料。
但是ZnO 存在较多的表面电荷复合，并且化学稳定性较低，易与电解质发生反应，因此，其性能还是低于以[33,34]TiO 为基的敏化太阳能电池。
