CdSe量子点敏化纳米TiO2太阳能电池的电化学交流阻抗谱

CdSe量子点敏化纳米TiO2太阳能电池的电化学交流阻抗 谱

目录一. 引言 二. 实验

三.

结果与讨论

四.

结论

一

引言

纳米TiO2染料敏化太阳能电池(DSSCs) 优点：成本低廉，制备工艺简单，光电转换效率 高，已达12%。 为了进一步降低成本，提高电池性能，研究者致 力于开发低成本高效率的有机和无机材料，其中 纳米半导体量子点(DQ)成为研究热点。

QD s的特点高吸光系数 高消光系数

一A

引言可望实现超过 100%的量子效率

尺寸效应

B C 缺点：与DSSCs相 比，QDSSCs的光 电转化效率仍然很 低。

多倍载流子效应

D量子限于效应

一

引言

本文分析了QDSSCs光电转换效率低的原因， 主要对QDSSCs的交流阻抗谱进行了分析，并 且将测试结果与典型的DSSCs的电化学交流阻 抗进行了对比分析。

二a.溶剂热法制备CdSe QDs油酸和三辛基磷 化氢 甲苯

实验

1. CdSe QDs及其敏化TiO2电极的制备

Se

180oC 15h

十四烷酸镉

CdSe QDs

重新胶溶在 甲苯中

乙醇沉淀洗 涤三次

二b.敏化TiO2电极的制备TiO2纳米TiO2浆料(20 ~400nm)涂敷在 FTO导电玻璃上

实验多孔结构的纳 米TiO2电极Ti O2板

30min 450oC

趁热

浸入半胱胺酸 溶液中

静置1h 70oC

放入CdSe甲苯溶 液中

静置24h

TiO2薄膜的厚 度为10微米

二热熔胶

实验为了对比，DSSCs采 用N719染料敏化纳米 TiO2,电解质采用I/I3-甲基 苯丙唑的 乙腈溶液。CdSeQDs 敏化

2.CdSe QDs敏化TiO2电池的制备密封剂

Pt对电极

QDSSCs2-/sx2TiO2光 阳极

电解质

二3.光电化学测试

实验

光电流-电压曲线 暗电流 电化学交流阻抗谱(频率0.01Hz~1MHz,外加偏压0.7~-0.3V,步长50mV,正弦扰幅+-20mV) 以上测试均在电化学工作站上进行。亮态下的电化 学测试均采用1000W的氙灯为光源。

三

结果与讨论

1.光电流-电压特性曲线

原因： (1)QDSSCs的比表面积小； (2)量子点在纳米TiO2表面的 覆盖率较低

三

结果与讨论

2.电化学交流阻抗谱(A)不同外加偏压条件QDSSCs和DSSCs暗态下的EIS

三

结果与讨论

(B)QDSSCs和DSSCs的等效电路

C 表示纳米TiO2电极的化学电容，

R t 为TiO2电极的电子传输电阻，R 为TiO2/电解质界面的 电荷转移电阻(或电子复合电阻),R 为由TCO电极产生的串联电阻， R 为由TCO电极/电 R 解质界面的电荷转移电阻，C 为TCO/电解质的界面化学电容，Z 为电解质对的扩散电阻， 和 C 分别为对电极界面的电荷转移电阻和化学电容pt

TCO

S

TCO

d

ct

ct

三

结果与讨论

A.膜电极化学电容和电子复合电阻 (a)膜电极化学电容膜电极的化学电容Cfilms由纳米多孔TiO2薄膜化学电容C 和 TCO/电解质的界面化学电容CTCO. 在高偏压下，Cfilms主要取决于C ,

暗态下，C 与外加偏 压Va的关系为：

当0 < β < 1 时, 表明陷阱态成指数形式分布, 当β = 1 时, 说明载流子均分布在导带内; Ecb、EF0分 别为纳米TiO2 的导带边和外加偏压为0 时的准费米能级

三

结果与讨论对比QDSSCs 与DSSCs 可知, 前者的Cμ 较小且Cμ 曲线向 低偏压方向平移约0.3 V 左 右. 说明Δ EQDSSCs≈ (Δ ED SSCs 0.3 eV), 正是这个原 因造成QDSSCs 开路电压比DS SCs 低约0.3 V 左右.

暗态下Cμ与外加偏压Va 的关系图

?

三

结果与讨论

(b)膜电极电子复合电阻膜电极的电子转移电阻由TCO/电解质界面的电复合电阻 RTCO和TiO2/电解质界面电子复合电阻Rct组成。 通常在高偏压下, 膜电极的电子转移电阻主要取决于Rct。 Rct 与阴极外加偏压Va 的关系式如下:

其中Rct0为外加偏压为0 时的电子复合电阻,α 为电荷 转移因子。

三

结果与讨论

电子转移电阻Rct 与外加偏压Va (已扣除在对电极上的电压 降)的关系，如图4 与DSSCs 相比, QDSSCs 的电荷转移电阻相对较小,且向低偏 压方向位移 原因：Rct0 正比于exp[α(Ecb –EF0), 也就是说与化学电容相 似, QDSSCs 的电荷转移电阻向低偏压方向位移 位移的幅度比化学电容位移幅度小, 原因：纳米TiO2 电极表面吸附半胱胺酸, 减缓了导带电子与 氧化态电解质的复合有关