优化厚度的银掺杂在cd / CdSe量子Dot-Sensitized太阳能电池

文摘

总的来说,CdSe: Ag)⁺量子点是由连续离子层吸收和反应方法使用两个解决方案:混合AgNO摩尔浓度的0.003毫米₃和一个Cd (CH₃首席运营官)₂h·2₂O离子解决方案1和2.27 g Se粉和0.6 Na₂所以₃被溶解在去离子水100毫升、解决方案2。涂上TiO FTO₂纳米粒子,然后浸泡在这两个解决方案,创造了一个FTO / TiO₂/ CdSe: Ag)⁺光电阳极厚度的1层到4层。的层CdSe: Ag)⁺电影表现出影响形态、晶体结构、光学特性,并通过光学和光电测量光伏。最后,设备的性能基于FTO / TiO₂/ CdSe: Ag)⁺光电阳极完全不同的厚度显著增加3.96%。此外,在一个解释的模式材料的光学和光电特性,我们使用Tauc的理论来确定带隙,导带和价带。

1。介绍

量子dot-sensitized太阳能电池(QDSSCs)突出成为3作为染料敏化^{理查德·道金斯}代太阳能电池由于低成本制造技术,高耐光性,控制大小(1),更高的吸收系数(2),和多个激子一代(3]。然而,QDSSCs已经达到大约13%的性能,这是低于理论极限(4]。最近,大量的量子点(量子点)像cd、CdSe,集团(5)和PbS (6已经广泛应用于QDSSCs因为他们独特的属性(7]。值得注意的是,CdS量子点和CdSe吸引了相当大的兴趣,因为他们的光学性质稳定8),传导带(CB)高于TiO₂(9),低电阻率(10],广泛吸收光谱(11]。然而,这个结果还是低色素增感太阳能电池的价格相比(DSSCs)。结构串联cd / CdSe多敏感被广泛调查因其广泛的吸收光谱、吸收峰的变化可见区域,和改进的CB TiO的多敏感系统相比₂纳米粒子。这个设备的性能基于多敏感系统大约是4%9),但仍比DSSCs低,主要是由于被困和重组TiO₂量子点/ /电解液面之间的接口(12]。

最近,金属离子掺杂量子点的量子点可以取代单一和多敏感系统减少实现重组(13- - - - - -23),因为它可以提高电荷收集和转移过程。此外,金属离子以最低电阻和大流动。例如,阮和同事取得了4.22%,铜的性能^{2 +}离子掺杂量子点成CdSe由于其良好的光学和磁性相互[相比13]。改进的属性可以通过掺杂金属量子点在像Ref存档(14,15]、[19- - - - - -23),可以促进吸收的光子和设备的电流密度。

在这工作,Ag)⁺离子掺杂在量子点CdSe研究设备的属性时的厚度CdSe: Ag)⁺层改变而Ag)的摩尔浓度⁺离子掺杂在3%的冠军CdSe纳米粒子进行优化设备。此外,抵抗动态决定从一个实验jv曲线相比,电化学阻抗谱。

2。实验

2.1。材料

Na₂所以₃、氢氧化钠、Cd (CH₃首席运营官)₂h·2₂O,锌(没有₃)₂,Na₂S·9 h₂O,甲醇,Se粉,TiCl₄,AgNO₃从默克公司购买,fluorine-doped二氧化锡是Dyesol卖给我们的。

2.2。准备

TiO₂粘贴从Dyesol在澳大利亚购买了20 nm大小的平均水平。fluorine-doped锡氧化物(FTO)与TiO涂层₂层通过刮片,然后加热到400°C 5分钟,450°C 5分钟,5分钟490°C, 500°C 30分钟(24]。当时沉浸在TiCl 40毫米₄30分钟在70°C。最后,TiO的后热治疗₂电影在500°C进行了30分钟。

TiO的₂/ CdSe: Ag)⁺电影:TiO₂电影是把手伸进一个Cd^{2 +}解决方案(摩尔浓度的0.001毫米、0.002毫米、0.003毫米、0.004毫米、0.005毫米AgNO₃混合)和0.5 Cd^{2 +}解决方案(13.3 g Cd (CH₃首席运营官)2·2 h₂O溶解在100毫升乙醇)5分钟,与乙醇冲洗3次,干空气中。然后把手伸进Se^{2 +}离子(2.27 g Se粉,0.6 Na₂所以₃溶解在去离子水100毫升,加入5毫升氢氧化钠(1米)。最后,我们得到了0.3 Se^{2 +}解决方案在50°C 5分钟,用去离子水冲洗3次1分钟,注意到一个周期。这个过程被重复SILAR共有3倍。

涂层的硫化锌钝化:TiO₂/ CdSe: Ag)⁺电影是浸泡在混合0.2锌(没有₃)₂与去离子水1分钟和去离子水冲洗去除配体。接下来,浸泡在一个解决方案0.2 Na₂S·9 h₂O与甲醇和甲醇1分钟,冲洗1 SILAR的循环。这个过程被重复SILAR共有3倍。电解质和对电极的详细制备过程中列出裁判(13]。

2.3。描述

扫描电子显微镜(SEM) JEOL 7500 f高分辨率扫描电子显微镜是用来确定形态的电影。他们的特点和结构被证实使用X射线衍射仪(飞利浦PANalytical X 'Pert CuKα辐射)和光学特性记录通过使用JASCO v - 670。jv曲线测量(2400系列数字源表,吉时利仪器)模拟1.5 G阳光100 mW·厘米⁻²。测量太阳能电池的有效面积在1.5 G是0.192厘米²。jv扫描测量正向偏压的扫描速率5 mV·s⁻¹。电化学阻抗谱(EIS)系列G 750测量在黑暗条件下的正向偏压0.75 V 100千赫至0.1赫兹的频率范围内。

3所示。结果与讨论

为了确定形态的电影,我们使用了FE-SEM图像和横断面的纸。结果表明,多孔TiO₂纳米颗粒看起来像一个球体的大小平均62.5 nm TiO的和厚度₂/ CdSe: Ag)⁺是13μm(图1 (b))[24]。这个结果也证实了TEM(如图1 (c))。CdSe: Ag)⁺纳米粒子在影片中并没有观察到FE-SEM,但他们从TEM图像清晰可见。的平均大小CdSe: Ag)⁺纳米粒子决心从图1 (c)大约几个nanomet。此外,EDX光谱光电极的记录在图1 (d)。明显,峰值在3 keV可以分配给Ag)的特点⁺离子。结果表明,Ag)⁺离子掺杂量子点在CdSe,影响光伏。典型的x射线衍射光电极的模式是在真空环境中获得在200°C Ag)的摩尔原子⁺离子和量子点CdSe(3%)(如图1 (e))。XRD模式记录许多衍射峰2θ范围从20°- 70°,展品的结构材料。通过比较观察到x射线衍射模式准备的电影,人物1 (e)量子点显示CdSe的特征峰,对应标准JCPDS卡片编号88 - 2346的闪锌矿结构和标准JCPDS卡片不。05 - 0566立方相的硫化锌钝化。这个结果是一致的,观察在闪锌矿阶段(25,26]。图1 (f)拉曼光谱的完成QDSSCs与厚度1层和4层之间总是给TiO的信息₂锐钛矿模式在207.7厘米¹,416厘米¹,622厘米¹职位(27)和TiO₂/ CdSe: Ag)⁺立方为207.7厘米¹,270厘米¹,416厘米¹,622厘米¹的位置。的高频,因为所有山峰转向加强CdSe: Ag)⁺tio₂副CdSe-TiO的那些₂联系起来。

研究TiO的厚度对光学性质的影响₂/ CdSe: Ag)⁺电影,我们使用紫外可见光谱。我们可以看到从图的差异2(一个)如:而从1层到4层厚度不同,图中描述了一种提高吸收强度和吸收峰向长波的转变,因为Ag)⁺量子点捕获掺杂剂的带隙内CdSe [28- - - - - -31日]。图2 (b)显示了Tauc块CdSe: Ag)⁺层,其参数如表所示1。的CdSe: Ag)⁺纳米粒子从2.0 eV减少1-layer光电极层光电极的1.95 eV。这个结果表明,有一个强大的厚度的影响CdSe: Ag)⁺电影(32]。

为了研究光伏发电的特点,我们进行了一组QDSSCs不同厚度(0.38厘米的有效面积²)从1层到4层,其参数表中列出2。掺杂时,打开电路参数,短路电流,和效率增加,因为CB CdSe: Ag)⁺层高于TiO₂纳米颗粒(表中列出1看看图3)[24]。在相同的光学性质,而1.22%的性能CdSe: Ag)⁺1层被记录,设备的性能CdSe: Ag)⁺2层是大幅调高,为3.96%。另一方面,CdSe QDSSCs的性能:Ag)⁺2层和CdSe: Ag)⁺4层,分别记录为3.96%和2.11%。很明显,杂质浓度影响CdSe纳米粒子的性质。短暂的最高性能大约是3.96%,对应Ag)的3%⁺浓度和2层CdSe: Ag)⁺电影。图4显示数据CB和TiO的VB₂半导体和CdSe: Ag)⁺纳米颗粒;一些参数引用从裁判33,34]。一般来说,CB的指控是不容易转移TiO的量子点₂氧化物因为-4.5 eV的CB级CdSe散装略低于-4.3 eV TiO的CB级₂半导体体积(22]。因此,在这项工作中,Ag)⁺离子掺杂在CdSe纳米粒子改善传导带和吸收光谱。图给出的信息传导带,能带和价带CdSe: Ag)⁺纳米粒子,从Tauc计算的理论。-4.102 eV CdSe CB级的纳米粒子1层和-3.786 eV CdSe CB级的纳米颗粒4层提出高于TiO的CB₂纳米粒子(图3)。最后,这些指控TiO量子点可以很容易地移除₂。这就是为什么设备冠军的转换效率和电流密度高,分别为3.96%和15.36 mA。

EIS曲线是用来确定电阻动态QDSSCs(如图5 (b)与不同的层);参数值如表所示2。一般来说,有两个半圆形的EIS曲线,一个小半圆的高频电阻通过聚电解质/铜₂表面( )和一个大半圆低频通过TiO的扩散阻力₂电影和TiO₂/ CdSe: Ag)⁺表面( )(35]。EIS记录曲线,适合过程使用新软件来确定参数电阻(和 ),电容( ),和生命周期( )。一生的公式和电容是由 ,和 (如表所示2)。总的来说,表2显示数据设备基于TiO的比例₂/ CdSe: Ag)⁺光电极的厚度1层到4层,从而影响光伏特性的动态参数。而兴奋的电容和生命周期费用高,293.5ΩCdSe: Ag)⁺层光电极和82.6ΩCdSe: Ag)⁺层光电极总是高于和CdSe: Ag)⁺1-layer光电极,分别为30.77Ω和18.92Ω,(34]。短暂,CdSe纳米粒子的能带结构的改进提高传导带减少重组和捕获表面,将吸收光谱向长波由于Ag)⁺掺杂剂,CdSe纳米颗粒的带隙内出现。这个结果也符合裁判的结果(33,34,36- - - - - -38]。

4所示。结论

总之,基于TiO的设备₂/ CdSe: Ag)⁺光电阳极与周期从1到4成功准备使用SILAR方法获得最高效率的3.96%。这个结果也证实了Ag)的公司⁺离子在光电极,改变量子点的尺寸。增加的CB CdSe: Ag)⁺量子点由于改进的性能。我们也优化光学(和生命周期 ),光伏、电化学性能通过优化厚度CdSe: Ag)⁺电影,从而提高3.96%的效率。为了相互比较,我们决定通过EIS动态电阻的值( , , ,和 )。

数据可用性

分析数据用于支持本研究的结果包括在本文中。补充材料数据用于支持本研究的结果中包括文件的补充信息。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢理工大学,VNU-HCM,越南。

补充材料

补充图1:(a)对其形象,横截面(b)和(c) XRD TiO的模式₂/ CdSe: Ag) +(3%) /硫化锌和(d)的拉曼光谱QDSSCs不同厚度。准备as-photoelectrodes掺杂浓度为3%的形态可以从FE-SEM获得。此外,电影的成分和结构可以从EDX和拉曼光谱研究。总的来说,这是最主要的数据集,提供所有的信息形态、大小、三明治层的厚度和结构的as-photoelectrodes做准备。补充图2:(a)紫外可见光谱和(b) (αhν2)与(hνTiO的曲线₂/ CdSe: Ag) + 1层到4层的厚度。这是补充材料,支持我们确定样品的带隙的紫外可见光谱的峰值,特别是,计算材料的导带和价带。补充图3:光电流density-voltage (jv)曲线的QDSSCs不同厚度从1层到4层。量子dot-sensitized太阳能电池的性能可以从获得光电流density-voltage曲线。这个结果支持讨论的电化学阻抗谱。补充图5:奈奎斯特块QDSSCs不同层。从电化学阻抗谱获得的数据集,如奈奎斯特曲线和预示的阶段。他们用来确定抵抗动态、一生和功放的光电极与激发态电子的转移从TiO的量子点₂纳米粒子,电子的扩散。(补充材料)

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