4.81%光电转换效率的全固态致密PbS量子点薄膜敏化TiO2纳米棒阵列太阳电池

doi:10.3866/PKU.WHXB201705121

物理化学学报 >> 2017, Vol. 33 >> Issue (10): 2029-2034.doi: 10.3866/PKU.WHXB201705121

4.81%光电转换效率的全固态致密PbS量子点薄膜敏化TiO₂纳米棒阵列太阳电池

陈军军,史成武*(),张正国,肖冠南,邵章朋,李楠楠

合肥工业大学化学与化工学院,合肥230009

收稿日期:2017-02-20 发布日期:2017-07-17
通讯作者: 史成武 E-mail:shicw506@foxmail.com; shicw506@hfut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(51272061);国家自然科学基金(51472071)

4.81%-Efficiency Solid-State Quantum-Dot Sensitized Solar Cells Based on Compact PbS Quantum-Dot Thin Films and TiO₂ Nanorod Arrays

Jun-Jun CHEN,Cheng-Wu SHI*(),Zheng-Guo ZHANG,Guan-Nan XIAO,Zhang-Peng SHAO,Nan-Nan LI

School of Chemistry and Chemical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, P. R. China

Received:2017-02-20 Published:2017-07-17
Contact: Cheng-Wu SHI E-mail:shicw506@foxmail.com; shicw506@hfut.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(51272061);the National Natural Science Foundation of China(51472071)

摘要/Abstract

摘要：

利用TiO₂纳米棒阵列和在旋涂辅助连续离子层吸附反应过程中使用乙二硫醇的策略，成功地在TiO₂纳米棒阵列上获得了致密PbS量子点薄膜，组装了新颖结构的全固态致密PbS量子点薄膜敏化TiO₂纳米棒阵列太阳电池。研究了TiO₂纳米棒阵列长度对全固态致密PbS量子点薄膜敏化太阳电池光伏性能的影响，发现TiO₂纳米棒阵列长度为290、540和1040 nm时，相应太阳电池的光电转换效率分别是2.02%、4.81%和1.95%。对于组装全固态量子点敏化太阳电池，综合考虑空穴传输长度和量子点担载量的平衡是获得较高光电转换效率的关键所在。

关键词: 致密PbS量子点薄膜, TiO₂纳米棒阵列, 乙二硫醇, 连续离子层吸附反应, 全固态量子点敏化太阳电池

Abstract:

A compact PbS quantum-dot thin film was prepared using the combination of TiO₂ nanorod arrays and 1, 2-ethanedithiol following the spin-coating assisted successive ionic layer absorption and reaction procedure. Solar cells with the novel structure of FTO/compact PbS quantum-dot thin film sensitized TiO₂ nanorod arrays/spiro-OMeTAD/Au were assembled. Subsequently, the influence of the length of TiO₂ nanorod arrays on the photovoltaic performance of all-solid-state compact PbS quantum-dot thin film sensitized solar cells was evaluated. The corresponding solar cells having TiO₂ nanorod array lengths of 290, 540, and 1040 nm achieved photoelectric conversion efficiencies (PCE) of 2.02%, 4.81%, and 1.95%, respectively. These results reveal that in order to achieve high PCE values with the all-solid-state quantum dot sensitized solar cells, it is very important to balance the hole diffusion length with the loading amount of quantum-dots.

Key words: Compact PbS quantum-dot thin film, TiO₂ nanorod array, 1, 2-Ethanedithiol, Successive ionic layer adsorption and reaction, Solid-state quantum-dot sensitized solar cell

MSC2000:

O649

陈军军,史成武,张正国,肖冠南,邵章朋,李楠楠. 4.81%光电转换效率的全固态致密PbS量子点薄膜敏化TiO₂纳米棒阵列太阳电池[J]. 物理化学学报, 2017, 33(10): 2029-2034.

Jun-Jun CHEN,Cheng-Wu SHI,Zheng-Guo ZHANG,Guan-Nan XIAO,Zhang-Peng SHAO,Nan-Nan LI. 4.81%-Efficiency Solid-State Quantum-Dot Sensitized Solar Cells Based on Compact PbS Quantum-Dot Thin Films and TiO₂ Nanorod Arrays[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(10): 2029-2034.

参考文献

1	González-Pedro V. ; Sima C. ; Marzari G. ; Boix P. P. ; Giménez S. ; Shen Q. ; Dittrich T. ; Mora-Seró I. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 13835.
2	Zhang X. ; Justo Y. ; Maes J. ; Walravens W. ; Zhang J. ; Liu J. ; Hens Z. ; Johansson E. M. J. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 20579.
3	Jang J. ; Shim H. C. ; Ju Y. ; Song J. H. ; An H. ; Yu J. S. ; Kwak S. W. ; Lee T. M. ; Kim I. ; Jeong S. Nanoscale 2015, 7, 8829.
4	Gao J. ; Perkins C. L. ; Luther J. M. ; Hanna M. C. ; Chen H. Y. ; Semonin O. E. ; Nozik A. J. ; Elingson R. J. ; Beard M. C. Nano Lett. 2011, 11, 3263.
5	Lan X. ; Voznyy O. ; Kiani A. ; Garcia de Arquer F. P. ; Abbas A. S. ; Kim G. H. ; Liu M. ; Yang Z. ; Walters G. ; Xu J. ; Yuan M. ; Ning Z. ; Fan F. ; Kanjanaboos P. ; Kramer I. ; Zhitomirsky D. ; Lee P. ; Perelgut A. ; Hoogland S. ; Sargent E. H. Adv. Mater. 2016, 28, 299.
6	Jiao S. ; Wang J. ; Shen Q. ; Li Y. ; Zhong X. J.Mater. Chem. A 2016, 4, 7214.
7	Im S. H. ; Kim H. ; Kim S. W. ; Kim S. W. ; Seok S. I. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 4181.
8	Tao L. ; Xiong Y. ; Liu H. ; Shen W. Nanoscale 2014, 6, 931.
9	Han M. ; Jia J. ; Yu L. ; Yi G. RSC Adv. 2015, 5, 51493.
10	Kim H. S. ; Lee J. W. ; Yantara N. ; Boix P. P. ; Kulkarni S. A. ; Mhaisalkar S. ; Gr?tzel M. ; Park N. G. Nano Lett. 2013, 13, 2412.
11	Liu B. ; Aydil E. S. J.Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3985.
12	Zhang J. ; Shi C. ; Chen J. ; Wang Y. ; Li M. J.Solid State Chem. 2016, 238, 223.
13	Wu N. ; Shi C. ; Ying C. ; Zhang J. ; Wang M. Appl. Surf. Sci. 2015, 357, 2372.
14	Wang Y. Q. ; Li L. ; Nie L. H. ; Li N. N. ; Shi C. W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 2724.
14	王艳青; 李龙; 聂林辉; 李楠楠; 史成武. 物理化学学报, 2016, 32, 2724.
15	Jung J. Y. ; Zhou K. ; Um H. D. ; Guo Z. ; Jee S. W. ; Park K.T. ; Lee J. H. Opt. Lett. 2011, 36, 2677.
16	Yu L. ; Jia J. ; Yi G. ; Han M. RSC Adv. 2016, 6, 33279.

[1]	王根旺, 侯超剑, 龙昊天, 杨立军, 王扬. 二维半导体材料纳米电子器件和光电器件[J]. 物理化学学报, 0, (): 0-0.
[2]	谭淼,张磊,梁万珍. 基于二维材料WX₂构建的范德华异质结的结构和性质及应变效应的理论研究[J]. 物理化学学报, 2019, 35(4): 385-393.
[3]	彭鹏, 刘洪涛, 武斌, 汤庆鑫, 刘云圻. 氮掺杂石墨烯的p型场效应及其精细调控[J]. 物理化学学报, 0, (): 0-0.
[4]	张书山,周剑章,吴德印,田中群. Ag纳米粒子修饰光纤探针在等离激元催化反应中的应用[J]. 物理化学学报, 2019, 35(3): 307-316.
[5]	薛佩瑶,张俊祥,辛景明,RECHJeromy,李腾飞,孟凯鑫,王嘉宇,马伟,尤为,MARDER Seth R.,韩平畴,占肖卫. 第三组份端基对有机太阳能电池性能的影响[J]. 物理化学学报, 2019, 35(3): 275-283.
[6]	黄鹏,元利刚,李耀文,周祎,宋波. 左旋多巴和N, N-二甲基亚砜共掺杂PEDOT:PSS作为空穴传输层的高性能p-i-n型钙钛矿太阳能电池[J]. 物理化学学报, 2018, 34(11): 1264-1271.
[7]	张婧,何有军,闵杰. 钙钛矿太阳能电池中小分子空穴传输材料的研究进展[J]. 物理化学学报, 2018, 34(11): 1221-1238.
[8]	袁俊,刘晔,朱灿,沈平,万梅秀,冯柳柳,邹应萍. 基于侧链不对称喹喔啉聚合物的高效非富勒烯太阳电池[J]. 物理化学学报, 2018, 34(11): 1272-1278.
[9]	陈熙,张胜利. 基于3d元素掺杂的石墨二炔分子传感材料性能调控[J]. 物理化学学报, 2018, 34(9): 1061-1073.
[10]	陈瑞,王维,卜童乐,库治良,钟杰,彭勇,肖生强,尤为,黄福志,程一兵,傅正义. 低成本富勒烯衍生物电子传输层在钙钛矿太阳能电池的应用[J]. 物理化学学报, 2019, 35(4): 401-407.
[11]	刘磊, 郝亚亚, 邓素辉, 王坤, 李江, 王丽华, 樊春海, 李嘉隽, 柳华杰. 构建多模式全光谱暗场显微镜用于纳米单颗粒局域表面等离子共振实时动力学研究[J]. 物理化学学报, 2019, 35(4): 371-377.
[12]	曹丹丹, 吕荣, 于安池. 高光学质量氮化碳薄膜的制备和表征[J]. 物理化学学报, 2019, 35(4): 442-450.
[13]	陈陆, 刘军, 王勇, 张泽. α-Cu₂Se精细结构的球差校正扫描透射电镜表征[J]. 物理化学学报, 2019, 35(2): 139-144.
[14]	李勇军,李玉良. 石墨炔的化学修饰及功能化[J]. 物理化学学报, 2018, 34(9): 992-1013.
[15]	李少海,翁波,卢康强,徐艺军. 聚胺界面修饰改善碳量子点可见光光敏化性能[J]. 物理化学学报, 2018, 34(6): 708-718.

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