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量子 点太阳能电池的初步探索

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量子 点太阳能电池的初步探索. 报告人:白述铭 指导老师:田建华. 核污染主要指核物质泄露后的遗留物对环境的破坏,包括核辐射、原子尘埃等本身引起的污染,还有这些物质对环境的污染后带来的次生污染,比如被核物质污染的水源对人畜的伤害。. 大气污染指的是随着现代工业和交通运输的发展,向大气中持续排放的物质数量越来越多,种类越来越复杂,引起大气成分发生急剧的变化。当大气正常成分之外的物质达到对人类健康、动植物生长以及气象气候产生危害的时候,我们就说大气受了污染。.

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Presentation Transcript
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量子点太阳能电池的初步探索

报告人:白述铭

指导老师:田建华

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核污染主要指核物质泄露后的遗留物对环境的破坏,包括核辐射、原子尘埃等本身引起的污染,还有这些物质对环境的污染后带来的次生污染,比如被核物质污染的水源对人畜的伤害。核污染主要指核物质泄露后的遗留物对环境的破坏,包括核辐射、原子尘埃等本身引起的污染,还有这些物质对环境的污染后带来的次生污染,比如被核物质污染的水源对人畜的伤害。

大气污染指的是随着现代工业和交通运输的发展,向大气中持续排放的物质数量越来越多,种类越来越复杂,引起大气成分发生急剧的变化。当大气正常成分之外的物质达到对人类健康、动植物生长以及气象气候产生危害的时候,我们就说大气受了污染。

城市热岛效应是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素,造成城市“高温化”。城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上,郊区气温变化很小,而城区则是一个高温区,就象突出海面的岛屿,由于这种岛屿代表高温的城市区域,所以就被形象地称为城市热岛。

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量子点是量子点是准零维的纳米材料,粗略地说,量子点三个维度的尺寸都在100纳米以下,外观恰似一极小的点状物,由于其内部电子在各方向上的运动都受到局限,所以量子局限效应特别显著。现在量子点主要应用与荧光材料与太阳能电池领域。量子点是量子点是准零维的纳米材料,粗略地说,量子点三个维度的尺寸都在100纳米以下,外观恰似一极小的点状物,由于其内部电子在各方向上的运动都受到局限,所以量子局限效应特别显著。现在量子点主要应用与荧光材料与太阳能电池领域。

量子点
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多激子效应:当纳米半导体吸收一个能量至少等于或者大于二倍纳米半导体材料的禁带宽度的光子而在其内部产生两个或者更多的电子-空穴对。多激子效应:当纳米半导体吸收一个能量至少等于或者大于二倍纳米半导体材料的禁带宽度的光子而在其内部产生两个或者更多的电子-空穴对。

量子尺寸效应:通过调节尺寸,形状和结构,可以调节其能隙宽度、激子束缚能的大小以及激子的能量蓝移等电子状态。

量子点具有的物理效应

表面效应:随着量子点的粒径减小,大部分原子位于量子点的表面,量子点的比表面积随粒径减小而增大。由于纳米颗粒大的比表面积,表面相原子数的增多,导致了表面原子的配位不足、不饱和键和悬键增多,使这些表面原子具有高的活性,极不稳定,很容易与其它原子结合。

介电限域效应:电子局限在纳米空间,电子输运受到限制,电子平均自由程很短,电子的局域性和相干性增强,将引起量子限域效应。激子的最低能量向高能方向移动即蓝移。

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量子点的合成方法有很多,连续离子沉积法,电化学沉积法,反胶束法与热注入法都是合成量子点的方法。量子点的合成方法有很多,连续离子沉积法,电化学沉积法,反胶束法与热注入法都是合成量子点的方法。

连续离子沉积法是将电极片在两种反应物溶液中浸渍的方法,其具体步骤如右图:

该方法是一种历史较为悠久的方法,也是大家制备量子点太阳能电池最普遍,该方法的技术较为成熟。但是,单纯用该法,得到的量子点太阳能电池的激子复合效应较大,太阳能电池的光电转换效率不高,如Hyo Joong Lee教授,他利用连续离子层法制出的硫化镉太阳能电池,光电转换效率只有0.43%,硒化镉光电转换效率为2.02%。但当在硫化镉上吸附上一层硒化镉后,光电转换效率提高到2.86%。[22]

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电化学沉积法是利用点荷正负吸引,使其带电,然后再用反点荷去沉淀的方法。电化学沉积法是利用点荷正负吸引,使其带电,然后再用反点荷去沉淀的方法。

电化学沉积法通常以沉积有导电载体且附有特定图案的模板为阴极,使金属离子或半导体物质,通过电极还原沉积到模板的表面或孔隙,形成具有特定形状的纳米阵列。电沉积法的模板现在用的比较多的是多孔铝阳极氧化膜(AAO)和ITO玻璃。黑龙江大学的池玉娟教授,利用该法合成了10到12nm左右的硫化镉量子点。

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热注入法是由 Murray 提出并被广泛使用量子点合成的方法。该方法合成的胶体量子点的尺寸大小和尺寸分布能够通过改变反应时间、成核和生长温度,前驱液的浓度,稳定剂和前驱液的比例及包覆配体来实现调节。现在,该法制出的量子点电池有较高的效率,2011年加拿大多伦多大学Jiang Tang制出了6%光电转换效率的PbS太阳能电池。2012年,该大学的Alexander教授又制出了光电转换效率高达7%的硫化铅量子点电池。

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胶束法是利用表面活性剂在溶剂中形成的胶束,来合成量子点的方法。胶束法合成的量子点拥有粒径分布均一,激子复合率低的特点。但由于量子点表面被敦化试剂覆盖,故该法合成出的量子点并不能发挥量子点太阳能电池多重激子效应,现在,许多学者用该法来制作量子点荧光探针。胶束法是利用表面活性剂在溶剂中形成的胶束,来合成量子点的方法。胶束法合成的量子点拥有粒径分布均一,激子复合率低的特点。但由于量子点表面被敦化试剂覆盖,故该法合成出的量子点并不能发挥量子点太阳能电池多重激子效应,现在,许多学者用该法来制作量子点荧光探针。

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反胶束法属于胶束法的一种,多用控制Wo(水与表面活性剂的量比)来控制大小,因为依据计算,当其他条件不变,单改变水的加入量或是表面活性剂的加入量,可以制得相应大小颗粒的量子点,即表面活性剂量不变,水量变为原来的1/2,则得到的量子点粒径应也为原来的1/2。反胶束法属于胶束法的一种,多用控制Wo(水与表面活性剂的量比)来控制大小,因为依据计算,当其他条件不变,单改变水的加入量或是表面活性剂的加入量,可以制得相应大小颗粒的量子点,即表面活性剂量不变,水量变为原来的1/2,则得到的量子点粒径应也为原来的1/2。

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总算合成了所需大小的纳米量子点:

CdS

PbS

并探索了助表面活性剂的量对微乳液的影响和反应时间对微乳合成的影响,发现助表面活性剂不加入,可以形成更稳定的微乳液(即溶液不会有微粒生成)。

0-2.3

2.3-3.5

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下图是两张不同加水量,合成出来的硫化镉,在陈化12h之后,其任然保持溶液状态,未出现明显沉淀(还是有),理论上右边的粒径应该是左边的1/2。下图是两张不同加水量,合成出来的硫化镉,在陈化12h之后,其任然保持溶液状态,未出现明显沉淀(还是有),理论上右边的粒径应该是左边的1/2。

因为纳米颗粒易于团聚,故照sem并不能很清晰看到他们的粒径,故现在还不能确定合成出来的粒径大小

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4mol/L的氯化镉0.7mol/L的硫化钠效率约为0.6%

0.04mol/L的硫化钠0.03mol/L的氯化镉效率约为0.2%

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遇到的问题:

1.配置的硫化钠溶液与量子点太阳能电池电解液出现黑色沉淀。

2.碲的前驱体打算用碲代硫酸钠,在reaxys上我查到该物质是存在的,但是不能确定该物质是否稳定,文献上对其资料不全。硒的前驱体最近在做,因为资料不多,所以也在摸索条件

3.合成出的量子点分布不均。

4.量子点在洗出后,不易分散。

5.自身装电池的技术不过关。

接下来的实验计划:

1.试着做做碲代硫酸钠,硒代硫酸钠,探索下其合成工艺。

2.寻找合适的链接剂,让量子点与二氧化钛结合紧密,且使其易二次分散。

3.合成石墨烯量子点,并让其做链接剂,或与硫化镉复合。

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石墨烯量子点作为碳量子点的一种,除了具有碳量子点所具有的优点,还具有石墨烯独特的结构和优异的特性,故我想把石墨烯量子点与其他量子点结合,以制备新型太阳能电池,得到的光电池内部,被光激发的光电子可以更容易的传输到二氧化钛上。石墨烯量子点作为碳量子点的一种,除了具有碳量子点所具有的优点,还具有石墨烯独特的结构和优异的特性,故我想把石墨烯量子点与其他量子点结合,以制备新型太阳能电池,得到的光电池内部,被光激发的光电子可以更容易的传输到二氧化钛上。

Libin Tang利用微波法,加热葡萄糖溶液,合成出了石墨烯量子点,我想借鉴他的方法。不过我重复其实验时发现,在微波炉中密闭容器易爆炸,但使用带孔容器时,内部溶液会爆沸而出,在反应时间达到时,生成有很甜气味的物质,故我怀疑生成了焦糖,并不是石墨烯量子点,但现在又无方法鉴别,故考虑如何判定。