● 摘要
量子点敏化太阳能电池(QDSCS)作为新一代电池，研究主要分为光阳极、电解质以及对电极的研究。在光阳极方面，研究较多且较为成熟的为P25TiO2刮涂制得的光阳极。然而广为应用的TiO2光阳极在其多孔薄膜层的厚度、量子点共敏化工艺及量子点敏化次数等方面缺乏系统研究。在对电极方面，水热法制备的CoS、NiS及CuSx等金属硫化物对电极虽有着较好的催化活性，但对电极薄膜的形貌、厚度及其物相较难易控制，而且Co等重金属元素本身有着较大的毒性，从而在某一方面很大的限制了电池的效率及其应用。
在基础性研究中，通过对P25TiO2光阳极薄膜厚度、敏化的量子点种类及量子点敏化方法研究，探讨了TiO2薄膜厚度与光阳极电子寿命的关系，以及量子点种类、共敏化工艺对光阳极光电性能的影响。采用电化学阻抗、开路电压衰减(OCVD)及紫外-可见吸收方法，对影响光阳极光电性能的TiO2薄膜厚度、量子点种类及共敏化工艺因素进行测试分析。实验结果表明：当光阳极薄膜厚度为12μm时，电子复合几率最小，光阳极的电子寿命相对最长；采用连续离子层吸附反应法(SILAR)对多种量子点共敏化的光阳极(TiO2/CdS/CdSe/ZnS)与单一量子点敏化的光阳极(TiO2/CdS)相比，短路电流提高了34%，光转换效率提高了42%；合适的共敏化工艺也有助于提高光阳极的光谱吸收范围和吸收强度。
在对电极方面，交流电侵蚀法不依赖于传统的ITO等玻璃基材，可以在金属基材上直接原位生成所需的金属硫化物对电极，可以提高薄膜与基材的结合力，从而提高了电池的光稳定性能，而且可以有效的控制对电极的形貌、薄膜厚度等。通过组装电池后测试，Cu1.8S/CuS纳米片和FeS纳米球对电极在S2-/Sn2-电解质中显示出较好的催化活性及光电子传输特性，同时也获得了较高的光电转换效率3.22%(Cu1.8S/CuS)和3.34%(FeS)。此外，电沉积法也可以有效控制所制备物质的形貌、厚度以及物相等。基于三维多孔结构的泡沫Ni为基材，可通过电沉积法制备三维多孔结构的FeS薄膜，而且FeSx对电极在S2-/Sn2-电解质中有着较好的催化活性和转换效率(3.11%)。