反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體光電極的制備及其可見光下光電性能的研究.pdf

1、化石燃料等不可再生能源正在迅速消耗，人類對能源的需求卻在快速增長，所以急需尋找新能源來滿足未來的能源需求。太陽能電池作為解決能源危機(jī)的一種有效手段，引起了人們的廣泛興趣。染料敏化太陽能電池具有制備工藝簡單、生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而具有很好的應(yīng)用前景。但染料敏化太陽能電池在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著太陽能利用率低、光電轉(zhuǎn)換效率低等問題。采用窄帶半導(dǎo)體作(如CdSe)為敏化染料，利用其較寬的吸光范圍提高太陽能的利用率。新型納米結(jié)構(gòu)能夠提供更大的比表

2、面積，可以有效提高染料的負(fù)載。反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體作為一種新型納米結(jié)構(gòu)不僅具有較大的比表面積，還具有一定調(diào)節(jié)光傳播的能力。利用光子晶體的帶隙散射效應(yīng)和慢光效應(yīng)加強(qiáng)光與電極間的相互作用，可以有效提高光的利用率。將窄帶半導(dǎo)體和光子晶體復(fù)合，可有效提高染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。從這幾方面入手加快染料敏化太陽能電池實(shí)際應(yīng)用的進(jìn)程。圍繞以上內(nèi)容，本論文主要開展以下幾個工作。
　　(1)以225 nm聚苯乙烯微球蛋白石結(jié)構(gòu)為模板，采用

3、液相沉積法制備TiO2反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體。當(dāng)活化時間為10 min，沉積時間為20 min時可以制備三維有序的TiO2反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體。光子晶體的孔徑為200 nm，光子帶隙中心位置在500 nm。紫外光照射下，TiO2反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的光電流密度是TiO2納米薄膜的8倍。
　　(2)采用液相沉積法制備TiO2反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體，以193nm、225nm和260nm聚苯乙烯微球?yàn)槟０逯苽涞墓庾泳w光子帶隙中心位置分別在

4、420 nm、500nm和680 nm。TiO2光子晶體具有規(guī)則的面心立方體結(jié)構(gòu)。采用光輔助電沉積在TiO2光子晶體骨架上負(fù)載CdSe納米晶簇，制備TiO2/CdSe光子晶體復(fù)合光電極。在100 mW/cm2可見光照射下，CdSe納米晶簇負(fù)載TiO2光子晶體復(fù)合電極的光電流密度明顯高于CdSe納米晶簇負(fù)載TiO2薄膜復(fù)合電極，其中由260 nm模板制備復(fù)合電極光電流密度最大，是TiO2薄膜復(fù)合電極的2.5倍。隨后SPV和IPCE測試都表

5、明TiO2/CdSe-260復(fù)合光電極具有最佳的光電響應(yīng)能力。TiO2/CdSe-260優(yōu)異的光電響應(yīng)能力主要是因?yàn)門iO2/CdSe-260復(fù)合光電極的光子帶隙中心位置與CdSe的吸收匹配，光子晶體的帶隙散射和慢光效應(yīng)共同作用提高了光電極的光電響應(yīng)能力。
　　(3)以193nm聚苯乙烯微球蛋白石結(jié)構(gòu)為模板，采用電化學(xué)沉積制備CdSe反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體。與恒電流沉積和循環(huán)伏安法沉積相比，恒電壓沉積具有更好的沉積效果。采用恒電壓法

6、制備CdSe反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體，當(dāng)沉積電壓為-0.65 V，沉積液組成為0.3 M硝酸鎘、0.3 mmol亞硒酸鈉、pH=1，沉積時間為3h時，制備得三維有序的CdSe反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體，光子晶體孔徑為190 nm，DRS測試表明其在可見光范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的吸收，光子帶隙中心位置在425 nm。在100 mW/cm2可見光照射下，CdSe反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體光電流密度達(dá)到5.5 mA/cm2，比CdSe薄膜提高了10倍。
　　以