CdS/CdSe/TiO2多级空心微球光阳极中量子点覆盖度的提高

王丽娟 李琦 郝彦忠 申世刚 徐东升

引用本文: 王丽娟, 李琦, 郝彦忠, 申世刚, 徐东升. CdS/CdSe/TiO2多级空心微球光阳极中量子点覆盖度的提高[J]. 物理化学学报, 2016, 32(4): 983-989. doi: 10.3866/PKU.WHXB201603144 shu
Citation:  WANG Li-Juan, LI Qi, HAO Yan-Zhong, SHEN Shi-Gang, XU Dong-Sheng. Improvement of Quantum Dot Coverage of CdS/CdSe/TiO2 Hierarchical Hollow Sphere Photoanodes[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2016, 32(4): 983-989. doi: 10.3866/PKU.WHXB201603144 shu

CdS/CdSe/TiO2多级空心微球光阳极中量子点覆盖度的提高

    通讯作者: 申世刚, 徐东升; 申世刚, 徐东升
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21133001, 21303004) (21133001, 21303004)

    国家重点基础研究发展规划项目(973) (2013CB932601, 2014CB239303) (973) (2013CB932601, 2014CB239303)

    河北省自然科学基金(B2014208062)资助 (B2014208062)

摘要: TiO2多级空心微球(THHSs)具有高的比表面积、强的光散射效应以及良好的电子传输性质,以此作为光阳极材料,可以显著提升CdS/CdSe敏化太阳能电池(QDSSCs)的性能。但基于化学浴沉积方法获得的这一类电池中量子点在光阳极表面的覆盖度通常不高(50%左右),本文发展了一种基于表面选择性吸附原理的多步沉积方法,选取特定分子(正十二硫醇)限制已有量子点的生长,通过二次沉积成功提高了CdS/CdSe在TiO2多级空壳微球表面的覆盖度。使用此方法最终得到高达85.4%的覆盖度。结果表明,量子点覆盖度的增加有效提高了电池对太阳光的利用率,使得光电流获得了明显的增加。同时,二氧化钛空白表面积的减小还可以抑制电子和空穴的复合。优化后的电池光电流密度为15.69 mA·cm-2,填充因子为0.583,电压为0.605 V,最高光电转换效率为5.30%。

English

    1. [1]

      (1) Pan, Z.; Zhao, K.;Wang, J.; Zang, H.; Feng, Y.; Zhong, X. ACS Nano 2013, 7, 5215. doi: 10.1021/nn400947e(1) Pan, Z.; Zhao, K.;Wang, J.; Zang, H.; Feng, Y.; Zhong, X. ACS Nano 2013, 7, 5215. doi: 10.1021/nn400947e

    2. [2]

      (2) Beard, M. C. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2 (11), 1282. doi: 10.1021/jz200166y(2) Beard, M. C. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2 (11), 1282. doi: 10.1021/jz200166y

    3. [3]

      (3) Nozik, A. J. Inorg. Chem. 2005, 44 (20), 6893. doi: 10.1021/ic0508425(3) Nozik, A. J. Inorg. Chem. 2005, 44 (20), 6893. doi: 10.1021/ic0508425

    4. [4]

      (4) Schaller, R. D.; Klimov, V. I. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 186601. doi: 10.1103/PhysRevLett.92.186601(4) Schaller, R. D.; Klimov, V. I. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 186601. doi: 10.1103/PhysRevLett.92.186601

    5. [5]

      (5) Ellingson, R. J.; Beard, M. C.; Johnson, J. C.; Yu, P. R.; Micic, O. I.; Nozik, A. J.; Shabaev, A.; Efros, A. L. Nano Lett. 2005, 5 (5), 865. doi: 10.1021/nl0502672(5) Ellingson, R. J.; Beard, M. C.; Johnson, J. C.; Yu, P. R.; Micic, O. I.; Nozik, A. J.; Shabaev, A.; Efros, A. L. Nano Lett. 2005, 5 (5), 865. doi: 10.1021/nl0502672

    6. [6]

      (6) Zaban, A. Mićić, O. I.; Gregg, B. A.; Nozik, A. J. Langmuir 1998, 14 (12), 3153. doi: 10.1021/la9713863(6) Zaban, A. Mićić, O. I.; Gregg, B. A.; Nozik, A. J. Langmuir 1998, 14 (12), 3153. doi: 10.1021/la9713863

    7. [7]

      (7) Klimov, V. I. J. Phys. Chem. B 2006, 110 (34), 16827. doi: 10.1021/jp0615959(7) Klimov, V. I. J. Phys. Chem. B 2006, 110 (34), 16827. doi: 10.1021/jp0615959

    8. [8]

      (8) Plass, R.; Pelet, S.; Krueger, J.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 2002, 106 (31), 7578. doi: 10.1021/jp020453l(8) Plass, R.; Pelet, S.; Krueger, J.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 2002, 106 (31), 7578. doi: 10.1021/jp020453l

    9. [9]

      (9) Yang, J.W.;Wang, J.; Zhao, K.; Izuishi, T.; Li, Y.; Shen, Q.; Zhong, X. H. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 28800. doi: 10.1021/acs.jpcc.5b10546(9) Yang, J.W.;Wang, J.; Zhao, K.; Izuishi, T.; Li, Y.; Shen, Q.; Zhong, X. H. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 28800. doi: 10.1021/acs.jpcc.5b10546

    10. [10]

      (10) Toyoda, T.; Sato, J.; Shen, Q. Rev. Sci. Instrum. 2003, 74, 297. doi: 10.1063/1.1515898(10) Toyoda, T.; Sato, J.; Shen, Q. Rev. Sci. Instrum. 2003, 74, 297. doi: 10.1063/1.1515898

    11. [11]

      (11) Lee, H. J.; Kim, D. Y.; Yoo, J. S.; Bang, J.; Kim, S.; Park, S. M. Bull. Korean Chem. Soc. 2007, 28, 953. doi: 10.5012/bkcs.2007.28.6.953(11) Lee, H. J.; Kim, D. Y.; Yoo, J. S.; Bang, J.; Kim, S.; Park, S. M. Bull. Korean Chem. Soc. 2007, 28, 953. doi: 10.5012/bkcs.2007.28.6.953

    12. [12]

      (12) Liu, D.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem. 1993, 97 (41), 10769. doi: 10.1021/j100143a041(12) Liu, D.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem. 1993, 97 (41), 10769. doi: 10.1021/j100143a041

    13. [13]

      (13) Feng, J. M.; Han, J. J.; Zhao, X. J. Prog. Org. Coat. 2009, 64, 268. doi: 10.1016/j.porgcoat.2008.08.022(13) Feng, J. M.; Han, J. J.; Zhao, X. J. Prog. Org. Coat. 2009, 64, 268. doi: 10.1016/j.porgcoat.2008.08.022

    14. [14]

      (14) Lee, H. J.;Wang, M. K.; Chen, P.; Gamelin, D. R.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M.; Nazeeruddin, M. K. Nano Lett. 2009, 9 (12), 4221. doi: 10.1021/nl902438d(14) Lee, H. J.;Wang, M. K.; Chen, P.; Gamelin, D. R.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M.; Nazeeruddin, M. K. Nano Lett. 2009, 9 (12), 4221. doi: 10.1021/nl902438d

    15. [15]

      (15) Samadpour, M.; Iraji, Z. A.; Taghavinia, N.; Molaei, M. J. Phys. D: Appl. Phys. 2011, 44, 045103. doi: 10.1088/0022-3727/44/4/045103(15) Samadpour, M.; Iraji, Z. A.; Taghavinia, N.; Molaei, M. J. Phys. D: Appl. Phys. 2011, 44, 045103. doi: 10.1088/0022-3727/44/4/045103

    16. [16]

      (16) Lee, H. J.; Yum, J. H.; Leventis, H. C.; Zakeeruddin, S. M.; Haque, S. A.; Chen, P.; Seok, S. I.; Grätzel, M.; Nazeeruddin, M. K. J. Phys. Chem. C 2008, 112 (30), 11600. doi: 10.1021/jp802572b(16) Lee, H. J.; Yum, J. H.; Leventis, H. C.; Zakeeruddin, S. M.; Haque, S. A.; Chen, P.; Seok, S. I.; Grätzel, M.; Nazeeruddin, M. K. J. Phys. Chem. C 2008, 112 (30), 11600. doi: 10.1021/jp802572b

    17. [17]

      (17) Lee, Y. L.; Chang, C. H. J. Power Sources 2008, 185, 584. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.07.014(17) Lee, Y. L.; Chang, C. H. J. Power Sources 2008, 185, 584. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.07.014

    18. [18]

      (18) Plass, R.; Pelet, S.; Krueger, J.; Grätzel, M.; Bach, U. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7578. doi: 10.1021/jp020453l(18) Plass, R.; Pelet, S.; Krueger, J.; Grätzel, M.; Bach, U. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7578. doi: 10.1021/jp020453l

    19. [19]

      (19) Qian, J.; Liu, Q. S.; Li, G.; Jiang, K. J.; Yang, L. M.; Song, Y. L. Chem. Commun. 2011, 47, 6461. doi: 10.1039/C1CC11595B(19) Qian, J.; Liu, Q. S.; Li, G.; Jiang, K. J.; Yang, L. M.; Song, Y. L. Chem. Commun. 2011, 47, 6461. doi: 10.1039/C1CC11595B

    20. [20]

      (20) Yu, Z. X.; Zhang, Q. X.; Qin, D.; Luo, Y. H.; Li, D. M.; Shen, Q.; Toyoda, T.; Meng, Q. B. Electrochem. Commun. 2010, 12, 1776. doi: 10.1016/j.elecom.2010.10.022(20) Yu, Z. X.; Zhang, Q. X.; Qin, D.; Luo, Y. H.; Li, D. M.; Shen, Q.; Toyoda, T.; Meng, Q. B. Electrochem. Commun. 2010, 12, 1776. doi: 10.1016/j.elecom.2010.10.022

    21. [21]

      (21) Zhang, Q. X.; Zhang, Y. D.; Huang, S. Q.; Huang, X. M.; Luo, Y. H.; Meng, Q. B.; Li, D. M. Electrochem. Commun. 2010, 12, 327. doi: 10.1016/j.elecom.2009.12.032(21) Zhang, Q. X.; Zhang, Y. D.; Huang, S. Q.; Huang, X. M.; Luo, Y. H.; Meng, Q. B.; Li, D. M. Electrochem. Commun. 2010, 12, 327. doi: 10.1016/j.elecom.2009.12.032

    22. [22]

      (22) Rao, H. S.;Wu, W. Q.; Liu, Y.; Xu, Y. F.; Chen, B. X.; Chen, H. Y.; Kuang, D. B.; Su, C. Y. Nano Energy 2014, 8, 1. doi: 10.1016/j.nanoen.2014.05.003(22) Rao, H. S.;Wu, W. Q.; Liu, Y.; Xu, Y. F.; Chen, B. X.; Chen, H. Y.; Kuang, D. B.; Su, C. Y. Nano Energy 2014, 8, 1. doi: 10.1016/j.nanoen.2014.05.003

    23. [23]

      (23) Huang, H.; Pan, L.; Lim, C. K.; Gong, H.; Guo, J.; Tse, M. S.; Tan, O. K. Small 2013, 9, 3153. doi: 10.1002/smll.v9.18(23) Huang, H.; Pan, L.; Lim, C. K.; Gong, H.; Guo, J.; Tse, M. S.; Tan, O. K. Small 2013, 9, 3153. doi: 10.1002/smll.v9.18

    24. [24]

      (24) Tian, J. J, ; Lv, L. L.;Wang, X. Y.; Fei, C. B.; Liu, X. G.; Zhao, Z. X.;Wang, Y. J.; Cao, G. Z. J. Phys. Chem. C 2014, 118 (30), 16611. doi: 10.1021/jp412525k(24) Tian, J. J, ; Lv, L. L.;Wang, X. Y.; Fei, C. B.; Liu, X. G.; Zhao, Z. X.;Wang, Y. J.; Cao, G. Z. J. Phys. Chem. C 2014, 118 (30), 16611. doi: 10.1021/jp412525k

    25. [25]

      (25) Zhang, Q. F.; Cao, G. Z. Nano Today 2011, 6, 91. doi: 10.1016/j.nantod.2010.12.007(25) Zhang, Q. F.; Cao, G. Z. Nano Today 2011, 6, 91. doi: 10.1016/j.nantod.2010.12.007

    26. [26]

      (26) Wu, D. P.; Zhu, F.; Li, J. M.; Dong, H.; Li, Q.; Jiang, K.; Xu, D. S. J. Mater. Chem. 2012, 22, 11665. doi: 10.1039/C2JM30786C(26) Wu, D. P.; Zhu, F.; Li, J. M.; Dong, H.; Li, Q.; Jiang, K.; Xu, D. S. J. Mater. Chem. 2012, 22, 11665. doi: 10.1039/C2JM30786C

    27. [27]

      (27) Zhao, J. H.; Yang, Y. N.; Cui, C.; Hu, H. H.; Zhang, Y. C.; Xu, J.; Lu, B. Q.; Xu, L. B.; Pan, J. Q.; Tang, W. H. J. Alloy. Compd. 2016, 663, 211. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.12.118(27) Zhao, J. H.; Yang, Y. N.; Cui, C.; Hu, H. H.; Zhang, Y. C.; Xu, J.; Lu, B. Q.; Xu, L. B.; Pan, J. Q.; Tang, W. H. J. Alloy. Compd. 2016, 663, 211. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.12.118

    28. [28]

      (28) Cui, C.; Qiu, Y.W.; Zhao, J. H.; Lu, B. Q.; Hu, H. H.; Yang, Y. N.; Ma, N.; Xu, S.; Xu, L. B.; Li, X. Y. Electrochim. Acta 2015, 173, 551. doi: 10.1016/j.electacta.2015.05.100(28) Cui, C.; Qiu, Y.W.; Zhao, J. H.; Lu, B. Q.; Hu, H. H.; Yang, Y. N.; Ma, N.; Xu, S.; Xu, L. B.; Li, X. Y. Electrochim. Acta 2015, 173, 551. doi: 10.1016/j.electacta.2015.05.100

    29. [29]

      (29) Zhao, L.; Li, J.; Shi, Y.;Wang, S. M.; Hu, J. H.; Dong, B. H.; Lu, H. B.;Wang, P. J. Alloy. Compd. 2013, 575, 168. doi: 10.1016/j.jallcom.2013.02.045(29) Zhao, L.; Li, J.; Shi, Y.;Wang, S. M.; Hu, J. H.; Dong, B. H.; Lu, H. B.;Wang, P. J. Alloy. Compd. 2013, 575, 168. doi: 10.1016/j.jallcom.2013.02.045

    30. [30]

      (30) Dong, H. Interface Structure Engineering of TiO2 Photoanode for Quantum Dot-Sensitized Solar Cells. Ph. D. Dissertation, Peking University, Beijing, 2015. [董会. 量子点敏化太阳能电池TiO2光阳极表界面结构调控研究[D]. 北京: 北京大学, 2015.](30) Dong, H. Interface Structure Engineering of TiO2 Photoanode for Quantum Dot-Sensitized Solar Cells. Ph. D. Dissertation, Peking University, Beijing, 2015. [董会. 量子点敏化太阳能电池TiO2光阳极表界面结构调控研究[D]. 北京: 北京大学, 2015.]

    31. [31]

      (31) Sanchez-Ramirez, E. A.; Hernandez-Perez, M. A.; Aguilar-Hernandez, J. R.; Contreras-Puente, G. Materials Chemistry and Physics 2015, 165, 119. doi: 10.1016/j.matchemphys.2015.09.005(31) Sanchez-Ramirez, E. A.; Hernandez-Perez, M. A.; Aguilar-Hernandez, J. R.; Contreras-Puente, G. Materials Chemistry and Physics 2015, 165, 119. doi: 10.1016/j.matchemphys.2015.09.005

    32. [32]

      (32) Seo, H. K.; Ok, E. A.; Kim, W. M.; Park, J. K.; Seong, T. Y.; Lee, D.W.; Cho, H. Y.; Jeong, J. H. Thin Solid Films 2013, 546, 289. doi: 10.1016/j.tsf.2013.05.024(32) Seo, H. K.; Ok, E. A.; Kim, W. M.; Park, J. K.; Seong, T. Y.; Lee, D.W.; Cho, H. Y.; Jeong, J. H. Thin Solid Films 2013, 546, 289. doi: 10.1016/j.tsf.2013.05.024

    33. [33]

      (33) Norris, D. J.; Bawendi, M. G. Phys. Rev. B 1996, 53, 16338. doi: 10.1103/PhysRevB.53.16338(33) Norris, D. J.; Bawendi, M. G. Phys. Rev. B 1996, 53, 16338. doi: 10.1103/PhysRevB.53.16338

    34. [34]

      (34) Mora-Seró, I.; Giménez, S.; Fabregat-Santiago, F, ; Gómez, R.; Shen, Q.; Toyoda, T.; Bisquert, J. Accounts Chem. Res. 2009, 42 (11), 1848. doi: 10.1021/ar900134d(34) Mora-Seró, I.; Giménez, S.; Fabregat-Santiago, F, ; Gómez, R.; Shen, Q.; Toyoda, T.; Bisquert, J. Accounts Chem. Res. 2009, 42 (11), 1848. doi: 10.1021/ar900134d

    35. [35]

      (35) Guijarro, N.; Lana-Villarreal, T.; Mora-Sero, I.; Bisquert, J.; Gomez, R. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 4208. doi: 10.1021/jp808091d(35) Guijarro, N.; Lana-Villarreal, T.; Mora-Sero, I.; Bisquert, J.; Gomez, R. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 4208. doi: 10.1021/jp808091d

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  6
  • 文章访问数:  534
  • HTML全文浏览量:  34
文章相关
  • 发布日期:  2016-03-14
  • 收稿日期:  2016-02-26
  • 网络出版日期:  2016-03-14
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章