三元合金CdSexTe1-x量子點(diǎn)敏化太陽能電池

丁男菊

（無錫科技職業(yè)學(xué)院，江蘇無錫214028）

三元合金CdSexTe1-x量子點(diǎn)敏化太陽能電池

丁男菊*

（無錫科技職業(yè)學(xué)院，江蘇無錫214028）

為了獲得高光電轉(zhuǎn)化效率的量子點(diǎn)敏化太陽能電池，我們制備了水相合金量子點(diǎn)CdSexTe1-x，通過直接吸附方法組裝了量子點(diǎn)敏化太陽能電池，比較不同Se∶Te比例下CdSexTe1-x電池的性能變化；當(dāng)Se∶Te=2∶3時(shí)，CdSexTe1-x敏化太陽能電池各種性能最佳，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)2.47%。相比于同條件制備的水相CdSe和CdTe量子點(diǎn)敏化太陽能電池轉(zhuǎn)換效率分別提升了90%和70%。進(jìn)一步改善CdSexTe1-x量子點(diǎn)表面修飾，抑制電池暗電流，在使用液態(tài)多硫電解液的環(huán)境下，獲得了填充因子為72.7%的CdSexTe1-x量子點(diǎn)敏化電池。

光電化學(xué)；CdSexTe1-x敏化太陽能電池；直接吸附；光電轉(zhuǎn)化效率

近年來，將Ⅱ～Ⅵ族半導(dǎo)體量子點(diǎn)作為敏化材料組裝太陽能電池的報(bào)道很多［1-4］。絕大多數(shù)的量子點(diǎn)敏化劑都是通過油相法制備的。這類量子點(diǎn)的配體通常是帶長碳鏈的疏水性分子例如油酸［5］等等。油相法制備的量子點(diǎn)尺寸均一性、發(fā)光性質(zhì)較好，但量子點(diǎn)很難通過化學(xué)方式吸附到光陽極材料的表面［6-7］。采用一些表面改性方法可讓油相量子點(diǎn)橋聯(lián)到TiO2和ZnO等光陽極材料表面，但改性步驟會造成量子點(diǎn)表面產(chǎn)生缺陷、配體脫落、熒光猝滅等問題［8-10］。采用水相量子點(diǎn)則會完全克服這類問題。巰基配體穩(wěn)定的水相量子點(diǎn)可以直接吸附制備敏化光陽極而無需表面改性過程［11-13］。另外，電解液對于吸附水相量子點(diǎn)的二氧化鈦多孔膜浸潤性更好［14］，可顯著減少界面的傳輸電阻和暗電流。水相合成法制備半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，安全環(huán)保，節(jié)約能源，制備簡單等。

Kamat等人在具體分析了CdSe量子點(diǎn)和CdTe在多硫電解液中電子空穴分離地情況之后，他們認(rèn)為盡管CdSe和CdTe都能很快地向TiO2導(dǎo)帶中注入電子，但是CdTe量子點(diǎn)向多硫電解液注入空穴的能力卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CdSe量子點(diǎn)。并且CdTe量子點(diǎn)會在多硫電解液中生成CdS殼層從而進(jìn)一步抑制了其光生載流子的向外傳輸過程，從而極大的限制了純CdTe敏化電池的效率［15］。CdTe量子點(diǎn)也有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如吸收范圍寬，表面可控等。

相比于CdTe與CdSe量子點(diǎn)而言，合金量子點(diǎn)制作敏化太陽能電池通常具有以下的特性：（1）對于固定的量子點(diǎn)尺寸，采用合金結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)能夠在恰當(dāng)?shù)慕M分比例下調(diào)節(jié)吸收光譜，拓寬波長吸收范圍［16］。（2）合金量子點(diǎn)能夠在恰當(dāng)?shù)慕M分比例下，獲得最小的能帶間隙。（3）在其單色光光電轉(zhuǎn)化效率會受到組分變化的影響［17］。目前來說，盡管已有使用水相CdSexTe1-x量子點(diǎn)敏化電池的報(bào)道，但其光電效率較低為0.6%［18］。因此，從純水相CdTe轉(zhuǎn)向制備CdSexTe1-x合金量子點(diǎn)并優(yōu)化相應(yīng)的敏化電池的性能仍具有重要的價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

NaHSeTe溶液配置：分別稱取不同摩爾比的Te粉和Se粉總計(jì)0.004 mol，以Te∶Se=3∶1摩爾比為例，稱取Te粉0.382 5 g，Se粉0.08 g，放入帶磁子的青霉素瓶子，加入6 mL去離子水，再稱取0.34 g NaBH4加入并迅速蓋上插有針頭的橡皮塞，用封口膠封口。放在冰水浴中反應(yīng)4 h以上，直至不再有氣泡生成。以上反應(yīng)生成的 NaHSexTe1-x濃度為0.667 mol/L。

CdSexTe1-x量子點(diǎn)制備：（1）配制Cd-MPA前驅(qū)體溶液。取一個(gè)放入磁子的250 mL錐形瓶，加入220 mL去離子水，再加入34 mL CdCl2（0.1 mol/L），隨后加入595μL～710μl不等量的MPA加入，用pH計(jì)測量pH值，一邊滴加NaOH一邊攪拌，直至pH值調(diào)至8～12。（2）配制前驅(qū)體溶液。給Cd-MPA溶液通入氮?dú)?0 min以上，直至溶液中基本不含O2。繼續(xù)通氮?dú)?，用針筒抽?0.25 mL～1.00 mL NaHSexTe1-x溶液注射到250 mL Cd-MPA前驅(qū)體溶液中。關(guān)氮?dú)?，用封口膠封口。在前驅(qū)體溶液中Cd2+∶Se2-+Te2-=1∶0.2。（3）靜置成核。將前驅(qū)體溶液在室溫下隔絕空氣放置9 h以上，以保證前驅(qū)體有足夠的時(shí)間生長成核。（4）回流生長。將完成成核過程的前驅(qū)體溶液放入三口燒瓶中，加熱至沸騰，加速量子點(diǎn)的生長。每隔一定時(shí)間取樣，測量量子點(diǎn)溶液的熒光強(qiáng)度和吸收強(qiáng)度。

為了方便后續(xù)的比較，如果我們改變各反應(yīng)物初始濃度：（1）5mL Cd-MPA加入到200 mL水中，通氮?dú)饧s15 min；（2）在保持氮?dú)鈿夥盏臈l件下加入0.25 mL配置好的0.667 mol/L的NaHSexTe1-x溶液繼續(xù)攪拌15 min。（3）隨后在100℃回流直到獲得需要的量子點(diǎn)尺寸。該CdSexTe1-x量子點(diǎn)溶液記為CdSexTe1-x（a）。

另一種優(yōu)化表面配體修飾量子點(diǎn)CdSexTe1-x（b）的制備方法則改變了加入陰陽離子的順序以及成核的溫度，但是各組分的加入量和上面的CdSexTe1-x保持一致：（1）61μL Cd-MPA加入到200 mL水中，調(diào)節(jié)pH值為9.5，0℃冰浴條件下攪拌并通N2氣15 min；（2）在保持冰浴的條件下，加入0.25 mL配置好的0.667 mol/L的NaHSexTe1-x溶液繼續(xù)攪拌15 min；（3）將溶液隨水浴鍋升溫至95℃，并緩慢分兩次加入共計(jì)5 mL預(yù)先配置好的pH=9.5的Cd-MPA溶液；（4）維持95℃溫度不變15 min～30 min。

靜態(tài)吸附制備光陽極以及電池組裝測試：對應(yīng)每個(gè)x（x=0～1）值的CdSexTe1-x量子點(diǎn)溶液各取30 mL，用真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮3倍至10 mL。提純后，加入到0.6 mol/L的NaOH溶液中進(jìn)行靜態(tài)吸附。其中，靜態(tài)吸附量子點(diǎn)的時(shí)間一般在8 h～12 h，每隔2 h用去離子水進(jìn)行沖洗以除去阻塞孔洞的物理吸附的量子點(diǎn)。用CuxSe作為背電極分別進(jìn)行電池的組裝，并最后測量電池在在AM1.5，100 mW/cm2光照下的I-V曲線，光電轉(zhuǎn)換效率，以及電化學(xué)阻抗。

量子點(diǎn)敏化太陽能電池的工作原理：量子點(diǎn)敏化太陽能電池的工作原理如圖1所示，圖1中描述了電池工作時(shí)的各介面的主要物理過程。

圖1 量子點(diǎn)敏化太陽能電池的工作原理示意圖

（1）量子點(diǎn)在可見光的作用下，基態(tài)的電子躍遷至激發(fā)態(tài)，并在價(jià)帶中產(chǎn)生光生空穴：

（2）量子點(diǎn)導(dǎo)帶中的光生電子由于能級差迅速注入到TiO2導(dǎo)帶中，質(zhì)量較大的空穴則由于高于TiO2價(jià)帶留在量子點(diǎn)價(jià)帶中：

（3）留在量子點(diǎn)價(jià)帶中的空穴被電解液中S2-還原，使量子點(diǎn)再生：

（4）電子在通過納米多孔金屬氧化物電極后被收集，通過外電路回路，在對電極催化下，還原電解質(zhì)中的氧化物質(zhì)Sn2-：

影響電池性能的復(fù)合過程：

（5）熱電子與電解質(zhì)復(fù)合：

（6）注入到TiO2導(dǎo)帶中光生載流子與電解質(zhì)的復(fù)合：

在整個(gè)過程中，式（1）～式（4）描述的是電池電荷傳遞的過程。式（5）、式（6）則是影響電池性能的復(fù)合過程。在光電轉(zhuǎn)換的全過程中，如果量子點(diǎn)激發(fā)態(tài)壽命越長，電子-空穴分離幾率就越高，電子從量子點(diǎn)激發(fā)態(tài)向TiO2導(dǎo)帶的注入速度也就越快，電子在光陽極薄膜中的速度時(shí)間短則會提高電池性能。相對的，如果量子點(diǎn)激發(fā)態(tài)壽命很短，則非輻射衰減躍回基態(tài)過程發(fā)生在電子注入到半導(dǎo)體導(dǎo)帶之前的幾率就會大大增加。同時(shí)被激發(fā)的量子點(diǎn)本身以及注入到TiO2導(dǎo)帶中的電子也會在傳輸過程中與量子點(diǎn)被電解質(zhì)還原（式（5）和式（6），導(dǎo)致有效光生電子數(shù)減少，電池性能降低。因此如何有效的防止上述復(fù)合過程的發(fā)生，提高光生載流子壽命是提高電池壽命與性能的關(guān)鍵所在。

2 結(jié)果與討論

2.1 CdSexTe1-x量子點(diǎn)生長條件研究

我們運(yùn)用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，協(xié)調(diào)了量子點(diǎn)生長的pH值，Cd∶MPA∶（Se+Te）比例，Se∶Te的比例以獲得CdSexTe1-x量子點(diǎn)生長的最佳生長條件。對于量子點(diǎn)敏化劑來說，抑制敏化劑自身缺陷帶來的復(fù)合可以顯著的增加光生載流子捕獲幾率以及減少暗電流的大小，因此通過量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)可以側(cè)面反映量子點(diǎn)敏化劑的好壞。

圖2為不同pH環(huán)境對應(yīng)的量子點(diǎn)溶液在回流過程中最大熒光強(qiáng)度的對比。隨著溶液pH值增加，量子點(diǎn)熒光總體變化不大。pH在9～10之間時(shí)量子點(diǎn)溶液相對熒光強(qiáng)度最高，說明量子點(diǎn)在該環(huán)境下生長其表面缺陷相對較少，因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)我們固定9～10之間。

圖2 不同pH對應(yīng)的量子點(diǎn)溶液熒光強(qiáng)度其中激發(fā)波長430 nm

圖3為不同MPA加入量對應(yīng)的量子點(diǎn)溶液在回流過程中最大熒光強(qiáng)度的對比，從中我們得出結(jié)論，當(dāng)Cd2+和MPA的摩爾比為1∶2時(shí)，量子點(diǎn)溶液相對熒光強(qiáng)度更高。當(dāng)Cd：MPA比例繼續(xù)減少時(shí)，前驅(qū)體溶液中就會出現(xiàn)混濁。由于堿性環(huán)境，前驅(qū)體溶液中會反應(yīng)生成Cd（OH）2及CdO等沉淀。所以對于CdSexTe1-x量子點(diǎn)我們固定位Cd∶MPA=1∶2。

圖3 不同MPA加入量對應(yīng)的量子點(diǎn)溶液熒光強(qiáng)度變化圖

圖4（a）為不同NaHSexTe1-x溶液注射量對應(yīng)的量子點(diǎn)溶液在回流過程中最大熒光強(qiáng)度的對比，圖4（b）為對應(yīng)的吸收譜，量子點(diǎn)溶液用稀釋的方式調(diào)成了相等的吸收峰強(qiáng)度，這樣熒光強(qiáng)度的對比就可以直觀地反映出量子點(diǎn)溶液的光致發(fā)光量子產(chǎn)率的高低。從中我們得出結(jié)論，NaHSexTe1-x溶液注射量取0.5 mL時(shí)，即Cd2+與Se2-、Te2-之和的比例取1∶0.1時(shí)，量子點(diǎn)在該環(huán)境下生長，光致發(fā)光量子產(chǎn)率較高，因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)我們固定NaHSexTe1-x溶液注射量為0.5 mL。

圖4 不同NaHSexTe1-x注射量對應(yīng)的量子點(diǎn)溶液

圖5給出了不同的Se2-與Te2-的比例對應(yīng)的量子點(diǎn)溶液在回流過程中最大熒光強(qiáng)度的對比。Se2-與Te2-的比例取1∶3時(shí)量子點(diǎn)溶液相對熒光強(qiáng)度最高。這可能是因?yàn)樗嘀苽浜琒e的量子點(diǎn)會產(chǎn)生相對較多的缺陷；另一種可能是Se∶Te比例的增高使從而加速了光生載流子的分離速率從而抑制了輻射躍遷的概率。這也意味著要使得合金量子點(diǎn)獲得使得太陽能電池獲得更高的光電轉(zhuǎn)換效率，其光學(xué)性質(zhì)僅僅是需要考量的一方面，還需綜合太陽光譜的匹配程度，光生電子空穴的分離速率等因素考量。

圖5 不同Se2-與Te2-的比例對應(yīng)的量子點(diǎn)溶液（a）熒光強(qiáng)度（激發(fā)波長430 nm）

2.2 不同x值CdSexTe1-x量子點(diǎn)溶液的吸收譜

在確定合金CdSexTe1-x量子點(diǎn)生長條件后，綜合考慮量子點(diǎn)吸收峰的變化，圖6給出了在相同回流4 h，不同x值對應(yīng)的CdSexTe1-x量子點(diǎn)溶液的吸收譜，吸收峰已歸一化。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，水相CdSe生長的速率相對于CdTe以及合金量子點(diǎn)來說生長速率緩慢并最終停留在第一激子吸收峰為460 nm處，此時(shí)通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到的大小約為2.6 nm。而隨著x的增加量子點(diǎn)溶液的吸收峰有先紅移再藍(lán)移的現(xiàn)象，在x=0.4處達(dá)到最大值。這也就意味著在相同時(shí)間內(nèi)制備的水相CdSexTe1-x量子點(diǎn)x=0.4對應(yīng)最小的能帶間隙。右圖為CdSe，CdTe和CdSexTe1-x量子點(diǎn)的能級和TiO2能級間關(guān)系圖。合金量子點(diǎn)的帶隙處在CdTe和CdSe帶隙中間。

圖6 相同4 h回流時(shí)間不同Se∶Te比例下CdSexTe1-x合金量子點(diǎn)的吸收譜（左）；CdTe，CdSe和CdSexTe1-x合金量子點(diǎn)的帶隙與TiO2帶隙的關(guān)系圖

為了比較不同x值帶來的電池性能的影響，圖7（a）給出了不同x值對應(yīng)的CdSexTe1-x量子點(diǎn)敏化太陽能電池的I-V曲線。從中反映出，引入了合金結(jié)構(gòu)后，CdSexTe1-x量子點(diǎn)敏化太陽能電池的電流、電壓性能都要高于碲化鎘或硒化鎘單獨(dú)敏化的結(jié)構(gòu)，尤其是當(dāng)x=0.4的時(shí)候，電池的開路電壓、短路電流以及輸出功率都得到了很大提升。這說明在適當(dāng)?shù)腟e∶Te比例下，光生載流子的分離速率以及禁帶寬度的變化會導(dǎo)致光生電流的急劇增加。隨著灌注到二氧化鈦導(dǎo)帶中的光生電子數(shù)的增加又同時(shí)會提升二氧化鈦類費(fèi)米能級位置。由于光生電壓近似等于二氧化鈦類費(fèi)米能級與電解液氧化還原電位之差，因此，二氧化鈦類費(fèi)米能級位置的提高導(dǎo)致光生電壓上升。

圖7 不同x值對應(yīng)的CdSexTe1-x量子點(diǎn)敏化太陽能電池的（a）I-V曲線以及（b）IPCE曲線。

不同x值下的電池性能取平均值見表1。當(dāng)x= 0.4即CdSexTe1-x量子點(diǎn)中Se和Te的比例為2∶3時(shí)，量子點(diǎn)敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最高的2.47%。相比于x=0只有CdTe以及x=1 CdSe的情形，短路電流的提升導(dǎo)致了其最終光電轉(zhuǎn)換效率分別有90%以及70%的提升。為了組分的變化帶來的光生載流子分離收集效率的變化，圖7（b）比較了比較了 x=0.4、0.25的CdSexTe1-x量子點(diǎn)在300 nm～700 nm范圍內(nèi)其單色光轉(zhuǎn)換效率。在其共同的吸收 300 nm～600 nm范圍內(nèi)，x=0.4合金CdSexTe1-x的光色光轉(zhuǎn)換效率值均高于x=0.25的情況，這意味著短路電流的貢獻(xiàn)不僅來自于吸收譜的紅移，還來自于量子點(diǎn)組分的變化。

表1 圖7對應(yīng)的I-V曲線各參數(shù)列表

2.3 電化學(xué)阻抗分析

為了進(jìn)一步分析不同組分下敏化電池傳輸以及復(fù)合的變化，我們分別對不同x值的敏化電池的暗態(tài)的電化學(xué)阻抗譜進(jìn)行了分析擬合，所施加的偏壓為-0.5 V，如圖8所示。其復(fù)合阻抗的趨勢變化以及具體數(shù)值整理在圖9中。圖9中表為不同x值對應(yīng)的CdSexTe1-x量子點(diǎn)敏化太陽能電池的一些模擬電路參數(shù)。

圖8 不同x值對應(yīng)的CdSexTe1-x量子點(diǎn)敏化太陽能電池的電化學(xué)阻抗譜

圖9 不同x值對應(yīng)的CdSexTe1-x量子點(diǎn)敏化太陽能電池的TiO2-電解液介面電荷轉(zhuǎn)移阻抗。插入數(shù)據(jù)表為不同x值對應(yīng)的CdSexTe1-x量子點(diǎn)敏化太陽能電池的模擬電路中相關(guān)參數(shù)

由Randles模型可知，對于敏化電池來說，與Z′軸的截距Rs代表電池的內(nèi)部串聯(lián)阻抗，在圖8中6個(gè)電化學(xué)阻抗譜中Rs值變化不大且均維持在15 Ω/cm2左右，這也保證了電池電化學(xué)阻抗譜分析的準(zhǔn)確程度。Rct代表TiO2-elctrolyte介面的復(fù)合阻抗，為了更加形象地說明復(fù)合阻抗的變化，我們將不同x值對應(yīng)的復(fù)合阻抗數(shù)值繪制成了圖9。其中當(dāng)x=0.4時(shí)TiO2-elctrolyte介面的復(fù)合阻抗達(dá)到了1 287 Ω，已經(jīng)超過了之前文獻(xiàn)的CdSe量子點(diǎn)敏化太陽能電池的1 122 Ω，這也說明特定Te、Se比例下的合金量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)有利于敏化電池暗電流的減少。在此條件下，敏化電池的填充因子也維持在了一個(gè)較高水平，在53%～60%之間。

根據(jù)電化學(xué)模擬結(jié)果，通過公式：τe=Rcombination× CPEcp計(jì)算可知，CdSexTe1-x合金量子點(diǎn)敏化太陽能電池其光生電子壽命相對于純CdTe而言，提升是非常明顯的，其中，在x=0.4時(shí)達(dá)到極值，約為900 ms，相對于第2部分中制備的CdTe敏化電池11.5 ms有了約2個(gè)數(shù)量級的提升，這也側(cè)面印證了合金CdSexTe1-x量子點(diǎn)作為光敏化劑能夠較好的抑制CdTe敏化電池出現(xiàn)的光生載流子輸運(yùn)問題。

2.4 優(yōu)化CdSexTe1-x量子點(diǎn)電池的表面配體修飾

除了根據(jù)CdSexTe1-x量子點(diǎn)自己的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控外，我們對于其制備方法也做了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，采用兩步法添加巰基鎘以及Se、Te源NaHSeTe，進(jìn)而調(diào)控量子點(diǎn)表面修飾。如圖10所示，通過元素特征XPS峰強(qiáng)積分結(jié)果可知，兩種不同CdSexTe1-x合金量子點(diǎn)的Cd∶S的原子濃度比發(fā)生了較明顯的變化，其中改進(jìn)前后CdSexTe1-x的Cd：Se+Te：S的結(jié)果分別為2.45∶1.36∶1和2.24∶1.14∶1。

圖10 CdSexTe1-x（a），CdSexTe1-x（b）量子點(diǎn)的X射線光電子能譜圖

同時(shí)結(jié)合SEM線掃和面掃的元素分析結(jié)果，我們可以對于光陽極的吸附情況進(jìn)行具體的分析。圖11給出了對于改進(jìn)后CdSexTe1-x量子點(diǎn)光陽極大面積（0.4 cm×0.4 cm）的元素面掃以及剖面的元素線掃的結(jié)果。其中，其Cd∶Se∶Te∶S原子個(gè)數(shù)比約為=2.35∶0.32∶0.59∶1。其中Cd∶Se+Te的比例為2.35∶0.91?？紤]到Se、Te元素的原子百分比真實(shí)的反應(yīng)了量子點(diǎn)吸附的情況，這說明多孔光陽極膜內(nèi)Cd：S的元素含量進(jìn)一步增加。較為合理的解釋是溶液中存在的巰基鎘在擴(kuò)散運(yùn)動過程中吸附到TiO2多孔膜中，一定程度上鈍化了TiO2裸露的表面。Yang等人在其工作中研究了這一個(gè)吸附過程對于敏化電池性能的影響，他們發(fā)現(xiàn)，通過給裸露的TiO2吸附Cd-SR小分子，在電池工作中，光陽極中載流子的輸運(yùn)過程會有一定程度的提高。

同時(shí)，EDS線掃的結(jié)果也直觀的表明在薄膜厚度的范圍內(nèi)Cd、Te、S元素個(gè)數(shù)比近似等于面掃的元素個(gè)數(shù)比，說明在CdSexTe1-x量子點(diǎn)也是均勻吸附到TiO2電極上的。

圖11 CdSexTe1-x量子點(diǎn)敏化光陽極剖面的的EDS元素分析圖以及面掃元素分析結(jié)果（0.4 cm×0.4 cm）

為討論改進(jìn)后的敏化電池的工作中載流子的輸運(yùn)以及載流子分離收集的變化，圖12將整個(gè)敏化電池等效為一個(gè)理想二極管加電流源的模型。其中電池實(shí)際的光生電壓以及填充因子于模型中的系統(tǒng)電阻（Rseries）以及開路電阻（Rshunt）密切相關(guān)。當(dāng)調(diào)節(jié)電池兩端施加的偏壓時(shí)，通過以下公式我們可以計(jì)算出電池隨偏壓變化而變化的阻值，并通過求兩端極限的方法計(jì)算Rseries和Rshunt：

圖12 CdSexTe1-x（a）和（b）量子點(diǎn)敏化光陽極的R-V曲線以及模擬電路

圖12中，Rshunt可以清楚的反映了電池的載流子復(fù)合的情況。對比采用CdSexTe1-x（a）量子點(diǎn)電池，CdSexTe1-x（b）的 Rshunt高出了接近一個(gè)數(shù)量級的水平；Rseries主要反映了載流子的傳輸特性。盡管Cd?SexTe1-x（b）的 Rseries略高于 CdSexTe1-x（a），兩個(gè)電池Rseries值在一個(gè)數(shù)量級上，說明吸附CdSexTe1-x（b）后，對于光陽極中載流子的輸運(yùn)影響不大。

針對上述模型的分析，圖13（a）也給出了該2種CdSexTe1-x敏化電池在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光下的I-V曲線。對于CdSexTe1-x（a）敏化電池來說，其開路電壓，短路電流，以及填充因子分別為519 mV，9.11 mA/cm2以及52.3%，整體轉(zhuǎn)換效率為2.47%。相比之下，CdSexTe1-x（b）的各參數(shù)分別為526 mV，7.89 mA/cm2以及72.71%，整體轉(zhuǎn)換效率為3.02%。效率提升的主要原因是由于填充因子的提升所帶來的，較好的驗(yàn)證了圖12中的模型。

圖13 （a）CdSexTe1-x量子點(diǎn)敏化電池敏化電池的I-V曲線（b）暗態(tài)不同偏壓條件下的電化學(xué)阻抗譜

最后，我們也對CdSexTe1-x敏化的光陽極也進(jìn)行了不同偏壓下其電化學(xué)阻抗分析如圖13（b）所示。在施加的偏壓不超過其光生電壓的之時(shí)，TiO2-electrolyte介面的電荷轉(zhuǎn)移電阻均大于700 Ω/cm2，并呈現(xiàn)一定線性變化的關(guān)系。其中，在偏壓為-0.5 V時(shí)，其電荷轉(zhuǎn)移電阻為1 914 Ω/cm2。直到外界偏壓為-0.6 V超過量子點(diǎn)的光生電壓時(shí)，其電荷轉(zhuǎn)移電阻才最終減小到285.2 Ω/cm2。

當(dāng)處于開路電壓的負(fù)偏壓-0.5 V時(shí)，兩者化學(xué)勢分別為10.6 mF/cm2略高于CdSexTe1-x（a）10.1 mF/cm2。

根據(jù)化學(xué)勢與TiO2導(dǎo)帶位置的關(guān)系公式，化學(xué)勢的增大會導(dǎo)致TiO2導(dǎo)帶位置的下降從而帶來開路電壓的降低。而由圖13（a）結(jié)果可知，CdSexTe1-x（b）開路電壓反而有略微的增加，這也側(cè)面驗(yàn)證了電池性能的提升是由于CdSexTe1-x（b）能夠更好的抑制量子點(diǎn)電池中相關(guān)的暗反應(yīng)發(fā)生而造成的。

3 結(jié)論

提出以三元CdSexTe1-x為敏化劑的太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)化效率超過2%。發(fā)現(xiàn)并研究了CdSexTe1-x敏化太陽能電池性能最佳的條件，相比于同條件制備的水相CdSe和CdTe敏化電池分別有轉(zhuǎn)換效率分別提升了90%和70%。另外，文章通過制備路線的改動實(shí)現(xiàn)了CdSexTe1-x量子點(diǎn)表面修飾的變化，通過這一手段進(jìn)一步抑制了電池暗電流的發(fā)生途徑。在使用液態(tài)多硫電解液的環(huán)境下，獲得了填充因子為72.7%的敏化太陽能電池。

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丁男菊（1977-），女，漢族，江蘇省無錫人，現(xiàn)工作于無錫科技職業(yè)學(xué)院，碩士，講師，主要從事光伏材料和光伏應(yīng)用技術(shù)方向的研究，28601000@qq.com。

Three Element Alloy CdSexTe1-xQuantum Dots Sensitized Solar Cell

DING Nanju*
（Wuxi Vocational College of Science and Technology，Wuxi Jiangsu 214028，China）

To prepare QDSSCs（Quantum Dots Sensitized Solar Cells）with high photoelectric conversion efficiency，aqueousalloysCdSexTe1-xQDsand CdSexTe1-xQDSSCshave been designed.The performance ofCd?SexTe1-xQDSSCs changes in different Se:Te ratios assembled；when Se:Te=2:3，the performance of CdSexTe1-xQDSSCs is the best.Sensitized solar cells prepared in the condition of photoelectric conversion efficiency are up to 2.47%. The conversion efficiencies are improved 90%and 70%respectively，compared with that of CdSe and CdTe QDSS?Cs in the same conditions.On the basis of this,it is true that the surface modification of CdSexTe1-xQDs would be controlled by changing the route of preparation.With this method，the occurrence of dark current is further sup?pressed.Under the condition of using the liquid sulfur electrolyte，the sample of the QDSSCs with a filling factor of 72.7%is obtained.

photoelectrochemistry；CdSexTe1-xQDSSCs；direct adsorption；photoelectric conversion efficiency

TK51

A

1005-9490（2016）06-1326-08

8250

10.3969/j.issn.1005-9490.2016.06.010

2016-10-08 修改日期：2016-11-03