量子点敏化太阳能电池研究进展

doi:10.3866/PKU.WHXB201512031

Abstract

Abstract:

Quantum dot-sensitized solar cells (QDSCs) have attracted much attention in the past few years because 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 performance of 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-shell QDs, 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, Colloidal quantum dot, Bifunctional-assisted self assembly, Surface treatment

Hui-Yun WEI,Guo-Shuai WANG,Hui-Jue WU,Yan-Hong LUO,Dong-Mei LI,Qing-Bo MENG. Progress in Quantum Dot-Sensitized Solar Cells[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32(1), 201-213. doi: 10.3866/PKU.WHXB201512031

References

1	Gorer S. ; Hodes G. J. Phys. Chem. 1994, 98, 5338.
2	Yu W. W. ; Qu L. ; Guo W. ; Peng X. Chem. Mater. 2003, 15, 2854.
3	Schaller R. D. ; Agranovich V. M. ; Klimov V. I. Nat. Phys. 2005, 1, 189.
4	Kamat P. V. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 908.
5	Bai Y. ; Mora-Sero I. ; Angelis F. D. ; Bisquert J. ; Wang P. Chem. Rev. 2014, 114, 10095.
6	Garey G. H. ; Abdelhady A. L. ; Ning Z. ; Thon S. M. ; Bakr O. M. ; Sargent E. H. Chem. Rev. 2015, 115, 12732.
7	Hodes G. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 17778.
8	Piliego C. ; Protesescu L. ; Bisri S. Z. ; Kovalenko M. V. ; Loi M. A. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3054.
9	Vogel, R.; Hoyer, P.; Weller, H. J. Phys. Chem. 1994, 98, 3183. doi: 10.1021/j100063a022.
10	Zhao K. ; Pan Z. ; Mora-Sero I. ; Canovas E. ; Wang H. ; Song Y. ; Gong X. ; Wang J. ; Bonn M. ; Bisquert J. ; Zhong X. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 5602.
11	Kim J. Y. ; Yang J. ; Yu J. H. ; Baek W. ; Lee C. H. ; Son H. J. ; Hyeon T. ; Ko M. J. ACS Nano 2015, 9, 11286.
12	Wei H. ; Wang G. ; Luo Y. ; Li D. ; Meng Q. Electrochim. Acta 2015, 173, 156.
13	Mathew S. ; Yella A. ; Cao P. ; Humphry-Baker R. ; Curchod B. F. E. ; Ashari-Astani N. ; Tavernelli I. ; Rothlisberger U. ; Nazeeruddin M. K. ; Grätzel M. Nat. Chem. 2014, 6, 242.
14	Shen Q. ; Kobayashi J. ; Diguna L. J. ; Toyoda T. J. Appl. Phys. 2008, 103, 084304.
15	Diguna L. J. ; Shen Q. ; Kobayashi J. ; Toyoda T. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 023116.
16	Toyoda T. ; Yindeesuk W. ; Okuno T. ; Akimoto M. ; Kamiyayama K. ; Hayase S. ; Shen Q. RSC Adv. 2015, 5, 49623.
17	Toyoda T. ; Oshikane K. ; Li D. ; Luo Y. ; Meng Q. ; Shen Q. Appl. Phys. 2010, 108, 114304.
18	Zhang Q. ; Guo X. ; Huang X. ; Huang S. ; Li D. ; Luo Y. ; Shen Q. ; Toyoda T. ; Meng Q. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 4659.
19	Lee Y. L. ; Lo Y. S. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 604.
20	Xu Y. ; Wu W. ; Rao H. ; Chen H. ; Kuang D. ; Su C. Nano Energy 2015, 11, 621.
21	Bai Y. ; Han C. ; Chen X. ; Yu H. ; Zong X. ; Li Z. ; Wang L. Nano Energy 2015, 13, 609.
22	Pan Z. ; Zhang H. ; Cheng K. ; Hou Y. ; Hua Y. ; Zhong X. ACS Nano 2012, 6, 3982.
23	Sambur J. B. ; Novet T. ; Parkinson B. A. Science 2010, 330, 63.
24	Zhang J. ; Cao J. ; Church C. P. ; Miller E. M. ; Luther J. M. ; Klimov V. I. ; Beard M. C. Nano Lett. 2014, 14, 6010.
25	Semonin O. E. ; Luther J. M. ; Choi S. ; Chen H. Y. ; Gao J. ; Nozik A. J. N. ; Beard M. C. Science 2011, 334, 1530.
26	Luther J. M. ; Law M. ; Beard M. C. ; Song Q. ; Reese M. Q. ; Ellingson R. J. ; Nozik A. J. Nano Lett. 2008, 8, 3488.
27	Braga A. ; Gimenez S. ; Concina I. ; Vomiero A. ; Mora-Sero I. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 454.
28	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.
29	Zhou N. ; Chen G. ; Zhang X. ; Cheng L. ; Luo Y. ; Li D. ; Meng Q. Electrochem. Commun. 2012, 2, 454.
30	Zhou N. ; Yang Y. ; Huang X. ; Wu H. ; Luo Y. ; Li D. ; Meng Q. ChemSusChem 2013, 6, 687.
31	Lee J. W. ; Son D. Y. ; Ahn T. K. ; Shin H. W. ; Kim I. Y. ; Hwang S. J. ; Ko M. J. ; Sul S. ; Han H. ; Park N. G. Scientific Reports 2013, 3, 1050.
32	Zhang J. ; Gao J. ; Church C. P. ; Miller E. M. ; Luther J. M. ; Klimov V. I. ; Beard M. C. Nano Lett. 2014, 14, 6010.
33	Rhee J. H. ; Chung C. C. ; Diau E. W. G. NPG Asia Mater 2013, 5, e68.
34	Bang J. H. ; Kamat P. V. ACS Nano 2009, 3, 1467.
35	Yu P. R. ; Zhu K. ; Norman A. G. ; Ferrere S. ; Frank A. J. ; Nozik A. J. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 25451.
36	Laghumavarapu R. B. ; El-Emawy M. ; Nuntawong N. ; Moscho A. ; Lester L. F. ; Huffaker D. L. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 243115.
37	Guo X. D. ; Ma B. B. ; Wang L. D. ; Gao R. ; Dong H. P. ; Qiu Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1240.
37	郭旭东; 马蓓蓓; 王立铎; 高瑞; 董豪鹏; 邱勇. 物理化学学报, 2013, 29, 1240.
38	Li T. L. ; Lee Y. L. ; Teng H. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5315.
39	McDaniel H. ; Fuke N. ; Makarov N. S. ; Pietryga J. M. ; Klimov V. I. Nat. Commun. 2013, 4, 2887.
40	Bai B. ; Kou D. ; Zhou W. ; Zhou Z. ; Wu S. Green Chem. 2015, 17, 4377.
41	Kim S. ; Kang M. ; Kim S. ; Heo J. H. ; Noh J. H. ; Im S. H. ; Seok S. ; Kim S. W. ACS Nano 2013, 7, 4756.
42	McDaniel H. ; Fuke N. ; Pietryga J. M. ; Klimov V. I. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 355.
43	Pan Z. ; Zhao K. ; Wang J. ; Zhang H. ; Feng Y. ; Zhong X. ACS Nano 2013, 7, 5215.
44	Luo J. ; Wei H. ; Li F. ; Huang Q. ; Li D. ; Luo Y. ; Meng Q. Chem. Commun. 2014, 50, 3464.
45	Zhu D. H. ; Zhong R. ; Cao Y. ; Peng Z. H. ; Feng A. X. ; Xiang W. D. ; Zhao J. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 1861.
45	朱德华; 钟蓉; 曹宇; 彭志辉; 冯爱新; 向卫东; 赵家龙. 物理化学学报, 2014, 30, 1861.
46	Li T. L. ; Lee Y. L. ; Teng H. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5315.
47	Pan Z. ; Mora-Sero I. ; Shen Q. ; Zhang H. ; Li Y. ; Zhao K. ; Wang J. ; Zhong X. ; Bisquert J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9203.
48	Kim S. ; Kang M. ; Kim S. ; Heo J. H. ; Noh J. H. ; Im S. H. ; Seok S. I. ; Kim S. W. ACS Nano 2013, 7, 4756.
49	Luo J. ; Wei H. ; Huang Q. ; Hu X. ; Zhao H. ; Yu R. ; Li D. ; Luo Y. ; Meng Q. Chem. Commun. 2013, 49, 3881.
50	Jiao S. ; Shen Q. ; Mora-Sero I. ; Wang J. ; Pan Z. ; Zhao K. ; Kuga Y. ; Zhong X. ; Bisquert J. ACS Nano 2015, 9, 908.
51	Wang J. ; Mora-Sero I. ; Pan Z. ; Zhang H. ; Feng Y. ; Yang G. ; Zhong X. ; Bisquert J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 15913.
52	Sahasrabudhe A. ; Bhattacharyya S. Chem. Mater. 2015, 27, 4848.
53	Itzhakov S. ; Shen H. ; Buhbut S. ; Lin H. ; Oron D. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 22203.
54	Zhang Q. ; Chen G. ; Yang Y. ; Shen X. ; Zhang Y. ; Li C. ; Yu R. ; Luo Y. ; Li D. ; Meng Q. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 16, 6479.
55	Park J. H. ; Kim D. H. ; Shin S. S. ; Han H. S. ; Lee M. H. ; Jung H. S. ; Noh J. H. ; Hong K. S. Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1300395.
56	Lin Y. ; Meng Y. ; Tu Y. ; Zhang X. Opt. Commun. 2015, 346, 64.
57	Xiao J. ; Huang Q. ; Xu J. ; Li C. ; Chen G. ; Luo Y. ; Li D. ; Meng Q. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 4007.
58	Hossain M. A. ; Jennings J. R. ; Koh Z. Y. ; Wang Q. ACS Nano 2011, 5, 3172.
59	Hossain M. A. ; Koha Z. Y. ; Wang Q. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 7367.
60	Tian J. ; Lv L. ; Wang X. ; Fei C. ; Liu X. ; Zhao Z. ; Wang Y. ; Cao G. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 16611.
61	Li C. ; Yang L. ; Xiao J. ; Wu Y. C. ; Sondergaard M. ; Luo Y. ; Li D. ; Meng Q. ; Iversen B. B. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 8710.
62	Zhu Z. ; Qiu J. ; Yan K. ; Yang S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 4000.
63	Yan K. ; Zhang L. ; Qiu J. ; Qiu Y. ; Zhu Z. ; Wang J. ; Yang S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9531.
64	Tian J. ; Lv L. ; Fei C. ; Wang Y. ; Liu X. ; Cao G. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 19653.
65	Li W. J. ; Zhong X. H. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 796.
66	Santra P. K. ; Nair P. V. ; Thomas K. G. ; Kamat P. V. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 722.
67	Yu X. ; Liao J. ; Qiu K. ; Kuang D. ; Su C. ACS Nano 2011, 5, 9494.
68	Li W. J. ; Zhong X. H. Acta Phys. Sin. 2015, 64, 038806.
68	李文杰; 钟新华. 物理学报, 2015, 64, 038806.
69	Hu X. ; Zhang Q. ; Huang X. ; Li D. ; Luo Y. ; Meng Q. J. Mater. Chem. 2011, 21, 15903.
70	Li W. ; Pan Z. ; Zhong X. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 1649.
71	Yang J. ; Oshima T. ; Yindeesuk W. ; Pan Z. ; Zhong X. ; Shen Q. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 20882.
72	Gopi C. V. V. M. ; Venkata-Haritha M. ; Kim S. K. ; Kim H. J. Nanoscale 2015, 7, 12552.
73	Mu L. ; Liu C. ; Jia J. ; Zhou X. ; Lin Y. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 8353.
74	Hod I. ; Zaban A. Langmuir 2014, 30, 7264.
75	Roelofs K. E. ; Brennan T. P. ; Dominguez J. C. ; Bailie C. D. ; Margulis G. Y. ; Hoke E. T. ; McGehee M. D. ; Bent S. F. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 5584.
76	Yu K. ; Lin X. ; Lu G. ; Wen Z. ; Yuan C. ; Chen J. RSC Adv. 2012, 2, 7843.
77	Chen Z. ; Peng W. ; Zhang K. ; Zhang K. ; Zhang J. ; Yang X. ; Numata Y. ; Han L. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 7004.
78	Niu G. ; Li N. ; Wang L. ; Li W. ; Qiu Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 18327.
79	Huang J. ; Yuan C. ; Chen H. ; Sun J. ; Sun L. ; Ågren H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 18808.
80	Ning Z. ; Tian H. ; Yuan C. ; Fu Y. ; Sun L. ; Ågren H. Chem. Eur. J. 2011, 17, 6330.
81	Li L. ; Yang X. ; Gao J. ; Tian H. ; Zhao J. ; Anders H. ; Sun L. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8450.
82	Ning Z. ; Yuan C. ; Tian H. ; Fu Y. ; Li L. ; Sun L. ; Ågren H. J. Mater. Chem. 2012, 22, 6032.
83	Shu T. Chem. Engineer 2013, 4, 42.
83	舒婷. 化学工程师, 2013, 4, 42.
84	Yu Z. ; Zhang Q. ; Q in ; D; Luo ; Y; Li D. ; Shen Q. ; Toyoda T. ; Meng Q. Electrochem. Commun. 2012, 12, 1776.
85	Wang S. ; Zhang Q. ; Xu Y. ; Li D. ; Luo Y. ; Meng Q. J. Power Sources 2013, 224, 152.
86	Yang Y. ; Wang W. J. Power Sources 2015, 285, 70.
87	Liu L. ; Liu C. ; Fu W. ; Deng L. ; Zhong H. ChemPhysChem
88	Yang Y. ; Zhu L. ; Sun H. ; Huang X. ; Luo Y. ; Li D. ; Meng Q. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 6162.
89	Yang Z. ; Chen C. Y. ; Liu C. W. ; Chang H. T. Chem. Commun. 2010, 46, 5485.
90	Punnoose D. ; Kim H. J. ; Rao S. S. ; Kumar CH. S. S. P. J. Elecreoanal. Chem. 2015, 750, 19.
91	Kim H. J. ; Kim D. J. ; Rao S. S. ; Savariraj A. D. ; Soo-Kyoung K. ; Son M. K. ; Gopi C. V. V. M. ; Prabakar K. Electrochim. Acta 2014, 127, 427.
92	Gopi C. V. V. M. ; Rao S. S. ; Soo-Kyoung K. ; Punnoose D. ; Kim H. J. J. Power Sources 2015, 275, 547.
93	Zhang X. ; Huang X. ; Yang Y. ; Wang S. ; Gong Y. ; Luo Y. ; Li D. ; Meng Q. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 5954.
94	Deng M. ; Huang S. ; Zhang Q. ; Li D. ; Luo Y. ; Meng Q. Chem. Lett. 2010, 39, 1168.
95	Yang Y. ; Zhu L. ; Sun H. ; Huang X. ; Luo Y. ; Li D. ; Meng Q. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 6162.
96	Li D. ; Cheng L. ; Zhang Y. ; Zhang Q. ; Huang X. ; Luo Y. ; Meng Q. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2014, 120, 454.
97	Kim H. J. ; Myung-Sik L. ; Gopi C. V. V. M. ; Venkata-Haritha M. ; Rao S. S. ; Kim S. K. Dalton Trans. 2015, 44, 11340.
98	Sung S. D. ; Lim I. ; Kang P. ; Lee C. ; Lee W. I. Chem. Commun. 2013, 49, 6054.
99	Radich J. G. ; Dwyer R. ; Kamat P. V. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 2453.
100	Seol M. ; Youn D. H. ; Kim J. Y. ; Jang J. W. ; Choi M. ; Lee J. S. ; Yong K. Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1300775.
101	Choi H. M. ; Ji I. A. ; Bang J. H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 2335.

[1]	Mingxu Zhang, Qisen Zhou, Xinyi Mei, Jingxuan Chen, Junming Qiu, Xiuzhi Li, Shuang Li, Mubing Yu, Chaochao Qin, Xiaoliang Zhang. Colloidal Quantum Dot Solids with a Diminished Epitaxial PbI₂ Matrix for Efficient Infrared Solar Cells [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2023, 39(3): 2210002-0.
[2]	Rui XIA,Shi-Mao WANG,Wei-Wei DONG,Xiao-Dong FANG. Research Progress of Counter Electrodes for Quantum Dot-Sensitized Solar Cells [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(4): 670-690.
[3]	HU Yu-Xiang, JIANG Chun-Xiang, FANG Liang, ZHENG Fen-Gang, DONG Wen, SU Xiao-Dong, SHEN Ming-Rong. Effect of HF Treatment on the Photoelectrochemical Properties of a Hematite Thin Film Photoanode for Water Splitting [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2014, 30(6): 1099-1106.
[4]	WANG Shi-Mao, DONG Wei-Wei, FANG Xiao-Dong, DENG Zan-Hong, SHAO Jing-Zhen, HU Lin-Hua, ZHU Jun. Modification of Single-Crystal TiO₂ Nanorod Arrays and Its Application in Quantum Dot-Sensitized Solar Cells [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2014, 30(5): 873-880.
[5]	NI Ting, ZOU Fan, JIANG Yu-Rong, YANG Sheng-Yi. To Improve the Efficiency of Bulk Heterojunction Organic Solar Cells by Incorporating CdSe/ZnS Quantum Dots [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2014, 30(3): 453-459.
[6]	XU Jiang, ZHUO Cheng-Zhi, JIANG Shu-Yun. Effect of Nanoparticles on the Erosion-Corrosion Resistance Property of a Ni-Based Alloying Layer [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2009, 25(10): 1958-1966.
[7]	Cao Ya-An, Xie Teng-Feng, Zhang Xin-Tong, Guan Zi-Sheng, Ma Ying, Wu Zhi-Yun, Bai Yu-Bai, Li Tie-Jin, Yao Jian-Nian. Investigation on Surface State of TiO₂ Nanoprticulate Film [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 1999, 15(08): 680-683.
[8]	Hong Cun-Mao, Yang Jing-Wu, Yang Yong, Hong Liang. Study of Surface Treatment for Gas-atomized AB₅ Alloy Powder [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 1998, 14(02): 154-157.

Progress in Quantum Dot-Sensitized Solar Cells

RichHTML

PDF

Like

Knowledge

Abstract

Cite this article

share this article

References

Related Articles 8

Metrics

Recommended 0