集光型太陽光発電の概念を二重光アノードと統合することによる量子ドット増感太陽電池の電力変換効率の向上

はじめに

量子ドット増感太陽電池（QDSSC）は、理論上の電力変換効率（PCE）が高いため、有望で経済的な光電変換デバイスの一種として大きな注目を集めています[1、2]。 QDSSCは、光アノード（通常、増感剤として半導体QDで覆われた広いバンドギャップを持つ多孔質酸化物半導体の層）、液体電解質、対極など、色素増感太陽電池の構造を継承します。潜在的な商業用途のためにセルPCEを強化するために、光収穫範囲を広げるための新しいQD増感剤の合成を含む、主に材料の観点から多くの戦略が調査されてきました。より良い電子抽出のために、多孔質フィルム[3]、ナノチューブ[4、5]、ナノロッドなどのさまざまなナノ構造を持つフォトアノードを準備する[6、7]。局在表面プラズモン共鳴を使用して貴金属をドープした光アノードを製造する[8、9]。 Ptカウンターに代わる硫化物およびその他のカウンターの開発。さまざまな電解質の合成;など。

QDSSCの光電変換効率を制限する最も重要な要因の1つは、太陽放射の狭い吸収範囲です[10]。吸収領域は、光アノード薄膜と量子ドットに強く依存します。 QDのバンドギャップを狭めることは、光収穫範囲を広げるための効果的な方法です。 Zhong etal。 Zn–Cu–In–Sn合金QDを合成し、QDSSCのPCEを大幅に改善し、QDSSCのいくつかのPCEレコードを設定しました[11、12、13]。現在、報告されているQDSSCの最高PCEは、Zhao et alによって14.02％達成されています。 [14]。彼らの研究では、Zn–Cu–In–Sn合金QDが増感剤として使用され、対極（CE）はカーボンナノチューブとグラフェンがドープされたCuSであり、QDSSCのPCEの新しいレベルを開始しました。ただし、バンドギャップを過度に小さくして太陽光の収集を強化すると、開回路電圧損失が発生し、伝導帯エッジのダウンシフトによりデバイスのパフォーマンスが低下します。

セルのパフォーマンスをさらに向上させるために、デバイス構成が考慮されています。色素増感太陽電池およびコロイド量子ドット太陽電池[15]では、PCEの制限を打破するための重要なアプローチとしてタンデム構造がすでに使用されています[16、17]。色素増感太陽電池のほとんどのタンデム構造では、導電性ガラスまたはPtメッシュ上の半透明のPtが対極としてセルの中央に適用されます[18]。 TiO ₂ フィルムは、同じまたは異なる色素によって増感された2つ以上の層に分離されます。これにより、スペクトル応答が広がり、セルの性能が大幅に向上します[19、20、21]。 QDSSCについては、Meng etal。半透明のメッシュ構造のCu ₂ を使用して二重光アノード構造を設計します。 2つのTiO ₂ の間に挟まれたS対極 光電極。上部電極からの1つの太陽照明の下で、最適化されたセルはPCEの12％の増加を示します[22]。彼らの研究では、タンデム構造がQDSSCで初めて使用されました。ただし、バッテリータンデム構造の光利用効率には限界があります。 Xu etal。 CuS対電極をNIR光で照射することにより、電極と電解質の界面でのNIR光増強ポリサルファイド還元を実証しました。これは、光熱効果とプラズモン共鳴吸収に起因するPCEの15％の増加を示しています[23]。

過去数十年にわたる多大な努力のおかげで、QDSSCのPCEは、並列デバイスである色素増感太陽電池のPCEと比較することができます。ただし、QDSSCの効率はまだ理論値をはるかに下回っており、商用アプリケーションではまだ解決されていません。したがって、QDSSCのPCEを高めるための新しい戦略を模索することは、依然として緊急の課題です。ここでは、集光型太陽光発電の概念を、二重多孔質TiO ₂ を備えたQDSSCに統合します。 フォトアノードとCu ₂ Sメッシュ対極設計[24]、従来の単一光アノードデバイスと比較してPCEの260％の増加を達成します。最も広く使用されているCdS / CdSe QD増感剤を使用すると、チャンピオンのPCEは8.28％（ V ）になります。 _oc =0.629 V、 J _sc =32.247 mA cm ⁻² ）が達成されます。

太陽電池の変換効率を向上させる重要な技術としての光管理は、太陽電池が受け取る光子フラックスを増やすことを目的としています[25]。光トラッピング構造は、ミラー[26、27]、ランバート表面[28]、テクスチャ表面[29、30]など、光管理に一般的に使用される方法です。光トラッピング効果により、光路長が長くなり、太陽電池のPCEが向上します。基本的な光トラップ構造の1つは、太陽電池の背面にミラーを準備することであり、ミラーの反射率は95％にもなる可能性があります[31]。上記の議論に触発されて、図1は現在の作業で使用されるデバイスアーキテクチャを示しています。ダブルTiO ₂ Cu ₂ で分離されたフォトアノード設計を採用 対極としてSメッシュ。 TiO ₂ の厚さ 光アノードは約4.5μmであり、これは図S1で見ることができます。上部セルと下部セルは同じ材料と構造を使用しているため、2つの光アノードの異なる半導体材料の格子定数と膨張係数を考慮する必要はありません。 Cu ₂ 対極としてCuメッシュ上に成長したSは、上部のセルからの透過光が下部の光アノードに到達することを可能にします。上部のワイドバンドギャップ材料は高エネルギー光子をフィルターで除去し、低エネルギー光子はそれらを通過してから下部セルの狭いバンドギャップ材料に吸収されます。明らかに、二重光アノード構造のPCEは、単一光アノード構造のPCEよりも高くなっています。これは、二重光アノード構造がより多くの光を捕捉して電流密度を高めることができるためです。ただし、上方向からのみ照明すると、後で示すように、単一の光アノードデバイスと比較してPCEがわずか18％増加します。これは、上部セルによる太陽光の強い吸収と反射により、下部セルの光密度が不十分になるためです。 [22]。

本研究におけるセル設計の概略図

下部セルの捕捉光が限られていることを考慮して、現在のデバイスに太陽電池（CPV）を集中させるという概念を導入し[32、33]、下部の光アノードの下に放物面反射鏡を設置します。 CPVシステムは、光学素子を使用して太陽電池の小さな領域に光を集中させます。これにより、コストを最小限に抑えながら、太陽光発電技術の効率が向上します。セル面積の削減により、CPVのコストがフラットパネル太陽光発電と競合する可能性があります。図1に示すように、放物面反射鏡は下部の光アノードに集束光を生成します。リフレクターと下部の光アノードの間の距離を制御することにより、アクティブエリアをセルのエリアに一致するように調整できます。さらに、増強された光は透過して上部の光アノードに到達し、光収穫のための追加の励起エネルギーを提供する可能性があります。もちろん、CPVによって引き起こされる光熱効果はPV性能に影響を与えるはずです[34]。これについては後で詳しく説明します。

メソッド

資料

二酸化チタン（99.8％、10〜25 nm、TiO ₂ ）および亜硫酸ナトリウム（AR、Na ₂ SO ₃ ）アラジンから供給されました。フッ素ドープ酸化スズ導電性ガラス（FTO、厚さ1.6mm、透過率83％、シート抵抗15 /平方）は、Zhuhai Kaivo Optoelectronic Technology Co.、Ltd。（中国）から購入しました。メタノール（AR、CH ₃ OH）、エタノール（AR、CH ₃ CH ₂ OH）、およびアセトン（AR、CH ₃ OCH ₃ ）はBeijing Chemical Works（中国）から供給されました。エチレンジアミン（AR、C ₂ H ₈ N ₄ ）およびセレン（AR、Se）は、Tianjin Guangfu Fine Chemical Research Institute（中国）から購入しました。塩酸（36％、HCl）、エチルセルロースエトース（AR、[C ₆ H ₇ O ₂ （OC ₂ H ₅ ） ₃ ] _n ）、アルファ-テルピネオール（AR、C ₁₀ H ₈ O）、酢酸カドミウム（AR、Cd（CH ₃ COOH） ₂ ）、酢酸亜鉛（AR、Zn（CH ₃ COOH） ₂ ）、硫化ナトリウム（AR、Na ₂ S∙9H ₂ O）、硫黄（AR、S）、およびチオ尿素（AR、CH ₄ N ₂ S）はSinopharm Chemical Reagent Co.、Ltd。（中国）から供給されました。ニトリロ三酢酸三ナトリウム（98％、C ₆ H ₉ NNa ₃ O ₆ ）はTCI（上海）化学工業開発有限公司（中国）から購入しました。真ちゅう製メッシュは、Hebei Xingheng Wire Mesh Products Co.、Ltd。（中国）から提供されました。

Cu ₂ の準備 S対極

真ちゅうメッシュをHCl（36％）に70°Cで2時間浸し、Cuメッシュの表面の亜鉛を除去しました。銅メッシュを脱イオン水ですすぎ、溶液から銅メッシュを取り除いた後、室温で乾燥させた。次に、Cuメッシュを1 MNa ₂ を含む水溶液に浸しました。 フレークCu ₂ を取得するためのSおよび1MSを5秒間 S、続いて脱イオン水で洗浄し、室温で乾燥させる。粒状のCu ₂ を準備するには S、HCl（36％）で処理されたCuメッシュをCH ₄ の混合溶液に浸漬しました。 N ₂ S（0.01 M）およびC ₂ H ₈ N ₄ （0.4 ml）24時間、続いて脱イオン水で洗浄し、室温で乾燥させます。

CdS / CdSeQDの共増感TiO ₂ の準備 Photoanode

TiO ₂ メソポーラス膜は、TiO ₂ を含むペーストをスピンコーティングすることによって調製されました。 （0.01 M）、EC（0.4 g）、C ₁₀ H ₈ O（3.245 g）、およびCH ₃ CH ₂ 洗浄したFTO基板上のOH（8.5 ml）。これを60°Cのオーブンで乾燥させた後、450°Cで30分間アニーリングして有機溶媒を除去しました。スピンコーターの回転数は7500rpmで30秒です。連続イオン層吸着および反応（SILAR）プロセスを使用して、CdS量子ドットを堆積しました。通常、TiO ₂ フィルムをCd（CH ₃ のメタノール溶液に交互に浸した COOH） ₂ （0.12 M）およびNa ₂ S溶液（メタノールと脱イオン水を含む0.02 M 1：1 v / v）を各サイクルで30 S、合計5サイクル。 CdSe QDは、化学浴堆積（CBD）法によってコーティングされました。詳細には、Cd ²⁺ を含む溶液 およびSe ^2- ソースは以下の方法で作成しました。 1.55 gNa ₂ SO ₃ 25mlの脱イオン水に溶解しました。 0.155gのSe粉末をSe ^2- として 上記のソリューションにソースが追加されました。得られた溶液を油浴で125℃で3時間撹拌条件下で加熱した。 Cd ²⁺ 溶液は、25 mlのニトリロ三酢酸脱イオン水溶液（120 mM）と25 mlのCd（CH ₃ COO） ₂ 脱イオン水溶液（80 mM）。次に、準備されたSe ^2- 溶液とCd ²⁺ 溶液を一緒に混合した。調製したままのCdSコーティングしたフォトアノードを上記の混合溶液に24°Cで2時間暗所に入れました。 ZnSパッシベーションでは、0.1 M Zn（CH ₃ ）に浸漬して増感膜を蒸着しました。 COO） ₂ および0.1MNa ₂ S（メタノールと水を使用した1：1 v / v）溶液を1分間交互に4サイクル。太陽電池のアクティブエリアは0.25cm ² です。 。ポリサルファイド電解質（2 MNa ₂ メタノールと脱イオン水を含むSおよび2MS溶液（7：3 v / v）をインジェクターを介してセルに輸血しました。

電気化学的測定

電気化学分析はDyneChem電気化学ワークステーションによって実行され、白金とAg / AgClがそれぞれ対極と参照電極として使用されます。サイクリックボルタモグラムとターフェル分極曲線は、2Mの多硫化物電解質でテストされました。 QDSSCのナイキスト線図は、1つの完全な太陽強度の照明下にあります。 EIS測定中に使用される電圧は0.5Vです。

特性評価

表面形態は走査型電子顕微鏡（SEM）（JEOL7610）によって分析され、サンプルの特性はX線光電子分光法（XPS）（Kratos Axis UltraDLD）によって測定され、 J – V QDSSCの曲線は、Keithley 2400ソースメーター（Zolix Instruments Co.、Ltd。）によって測定されました。 IR温度画像はFLIRT460によって取得されます。

結果と考察

Cu ₂ を含む、QDSSCの対極として使用できる多数のナノ構造材料があります。 S、CoS、GeC [35]、およびNCW [36]。ただし、Cu ₂ 真ちゅうメッシュをベースにしたS対極は、Sn ^2- に対して理想的な触媒活性を示します。 / S ^2- レドックスカップル。 Cu ₂ を準備するには S対極、2つの異なる方法が使用されます。 1つは、真ちゅうメッシュの表面から塩酸でZnを除去した後、CH ₄ を含む混合溶液にメッシュを浸します。 N ₂ SおよびC ₂ H ₈ N ₄ 24時間[37]。得られたCu ₂ のSEM画像 Sで覆われたメッシュを図2a–cに示します。拡大されたSEM画像は、粒状構造のCu ₂ を示しています。 Sが形成されます。図2dの断面図は、Cu ₂ の存在を示しています。 真ちゅう線のS膜、それらの間の亀裂は断面サンプルの準備中の切断に起因し、図2eの厚さは約1.3μ3の断面サンプルであり、そこに存在する元素はCuとSのみであることがわかります。 、およびCuとSの原子比は約2です。CuとSのXPSスペクトルをそれぞれ図2fとhに示します。 952eVおよび932.5evでのCu2pのピークは、それぞれCu 2p1 / 2およびCu2p3 / 2の電子結合エネルギーに対応し、Cu ¹⁺ と一致しています。 [38]。 163.5eVおよび161eVでS2pで観察されたピークは、それぞれS 2p1 / 2およびS2p3 / 2に対応し、S ^2- と一致しています。 [39]。これらの結果は、Cu ₂ の準備が成功したことを確認しています。 真ちゅうメッシュ上のSフィルムであり、表面形態はその大きな表面積と十分な触媒活性を保証すると考えられています。

メッシュ構造のCu ₂ のSEM画像 S対極： a 上面図; b 、 c 表面形態の拡大図; d Cu ₂ の断面図と拡大図 S層。 e Cu ₂ のEDS S. f 、 g Cu ₂ のXPS調査スペクトル Sサンプル

もう1つの方法は、以前のレポートで広く使用されており、真ちゅうメッシュを最初に塩酸に入れ、次にポリサルファイド電解液（1 MNa ₂ ）に浸します。 Sおよび1M S）を適切な時間[40]。対応する結果を図S2に示します。拡大されたSEM画像は、フレーク構造のCu ₂ を示しています。 Sが形成されます。断面図は、Cu ₂ の存在を示しています 真ちゅうワイヤ上のS膜で、厚さも約1.3μ.3sです。CuXPSスペクトルは、それぞれCu 2p3 / 2と2p1 / 2に対応する933.1eVと952.5eVにピークを示します[41]。 S 2pスペクトルは、162.4 eVにピークを示し、S ^2- の存在を確認します。 [42]。 Cu ₂ の効果 細胞性能のS形態はさらに調査されます。

さまざまなアーキテクチャとCEを備えたセルのパフォーマンスを特徴づけるために、光電流密度-電圧（ J – V ）曲線が取得され、図3a–dに示されています。シングルフォトアノードデバイスとダブルフォトアノードデバイスはどちらも、粒状およびフレーク状のCu ₂ と比較するために製造されています。 それぞれCEとしてのS。セルを照明するには、図4eに示すように、上、下、および二重方向の3つの方法があり、さまざまな照明条件下で動作するセルの動作が詳細に調査され、対応するセルパラメータがオープンを含めて表1にまとめられています。 -回路電圧（ V _oc ）、短絡電流（ J _sc ）、充填率（FF）、およびPCE。括弧内にない値は20個のグループセルの実験平均であり、括弧内にある値はチャンピオン値です。粒状およびフレーク状のCu ₂ を使用した単一の光アノードデバイスのテスト構成 CEとしてのSを図S3に示し、 J – V 曲線を図3aおよびbに示します。上、下、および二重方向から照射されるPCEは、それぞれ2.32％、2.00％、および3.59％ですが、 V _oc は約0.6Vに保たれ、PCEの主な増加は J の上昇によるものです。 _sc 。これは単一の光アノードデバイスであるため、 J が増加します _sc これは、下部照射による光強度の増加によるものであるはずです。これにより、光陽極で光生成電子が増加します。図S3から説明できるように、上からの平行光よりも集中光の強度が高くても、下照射のPCEは上照射のPCEよりも低いことに注意する必要があります。単一の光アノードQDSSCに光を集中させる場合、光はFTOガラスを通過し、次にCu ₂ を通過する必要があります。 CEと電解質をメッシュして上部の光アノードに到達し、ある程度の光エネルギー損失を引き起こします。私たちの結果から、上部の光アノードに到達する光エネルギーの強度は、上部からの平行光照射よりも弱いでしょう。したがって、集中光照射下の単一光アノードセル構造のPCEは、上側の平行光照射下のPCEよりも低くなります。図S4に示すテスト構成を採用することで、さらにサポートすることができます。作用電極として下部の光アノードに直接光を集束させると、PCEが4.32％、短絡電流が21.6 mA cm ^-2 になります。 、光アノードを照射する平行光によって生成される短絡電流のほぼ2倍。これは、凝縮後の光子束が上からの平行光の2倍であることを意味します。光子束の変化から、凝縮係数は2と計算できます。これは、測定結果と一致しています。表1からわかるように、粒状のCu ₂ を含む二重光アノードセル構造の平均PCE S CEは下側からの集光条件下で5.51％であり、PCEの増加は上部光電極の寄与によるものであり、上部光アノードが集光条件下でより多くの光子を捕捉することを示しています。

チャンピオン J – V 異なる構造のQDSSCの曲線。 a 単一光アノードおよび粒状Cu ₂ SCE。 b 単一光アノードとフレークCu ₂ SCE。 c 二重光アノードと粒状Cu ₂ SCE。 d ダブルフォトアノードとフレークCu ₂ SCE。 e CVと g 2つのCu ₂ のターフェル分極曲線 それぞれSCE。 f CVによって研究されたさまざまなCEの電気化学的安定性。 h 1つの完全な太陽強度の照明下での異なるCEおよび異なる構造を持つQDSSCのナイキスト線図。 i h の黒い点線の枠の拡大部分

さまざまな照明条件の赤外線写真： a 光がない場合、 b 上側の平行光、 c 放物面反射鏡からの集中光、 d 両側からの光が同時に輝き、 e さまざまな照明条件のシミュレーション図

粒状のCu ₂ を備えたダブルフォトアノードデバイスの場合 CEとしてのS、上、下、および二重方向から照射されるPCEは2.64％（ J _sc =11.552 mA cm ⁻² ）、5.53％（ J _sc =26.287 mA cm ⁻² ）、および8.28％（ J _sc =32.247 mA cm ⁻² ）、 それぞれ。上から照射された従来の単一光アノード構造（2.32％）と比較して、PCEは260％増加します。 PCEの増加は、明らかに J の増加によるものです。 _sc 、ダブルフォトアノードが並列構成で機能することを示します。下からの集光光の測定光強度は、上平行光の約2倍です。集中光の照射条件下では、QDSSCのPCEは上部平行光のPCEよりも高くなければなりません。下部照射によるPCEは上部照射によるPCEの2倍以上であるという現在の結果と一致しています。

フレークCu ₂ に基づくセルの動作に注意する必要があります S CEは類似していますが、光起電力パラメータの全体的な減衰値を示しています。詳細な起源を調べるために、Cu ₂ の2人の子供のサイクリックボルタモグラム（CV）曲線とターフェル分極曲線 S CEは、3電極システムを使用して測定されます。図3eはCV曲線であり、粒状のCu ₂ Sはより高い電流密度を示します。粒状Cu ₂ の還元ピーク SはフレークCu ₂ よりも高い S、S ^2- のより速いレドックス反応速度を示します / S _n ^2- 電解質で。図3fは、Cu ₂ のCV曲線を示しています。 1から25サイクルまでの異なる形態のS電極。 CV曲線の形状とピークの位置に見られる明らかな変化はありません。 CV曲線は、連続スキャンの下でよく重なります。これは、電極の2つの形態が両方とも良好な化学的安定性を持っていることを示しています。図3gから、交換電流密度（ J ₀ ）粒状のCu ₂ SはフレークCu ₂ よりも大きい S. CVおよびターフェル分極曲線のテスト結果によると、粒状Cu ₂ の触媒活性が示唆されています。 SはCu ₂ よりも優れています Sフィルム。これは、 J の光起電力性能と一致しています。 – V 図3a–dの曲線。対極の触媒活性をさらに確認するために、EISスペクトルを調べて図3hに示します。紫色の実線はフィッティング曲線を表し、フィッティングデータは表2にまとめられています。 R _ct1 、 R _ct2 、および R _s 対極の電荷移動抵抗、光アノード/電解質界面の電荷移動抵抗、および直列抵抗をそれぞれ表します。単一の光アノードセルの構造と R の電荷移動抵抗がわかります。 _ct1 粒状Cu ₂ の場合 SとフレークCu ₂ Sは3.522および6.753Ωcm ² 、それぞれ、ダブルフォトアノードセルのそれらは5.990および8.088Ωcm ² 、 それぞれ。小さい R _ct1 粒状のCu ₂ Sは、電荷移動抵抗が小さいため、導電率が高いことを示します。

吸収体内部の光子束は、ランベルトベールの法則に準拠しています。

ここで b （ E 、 x ）は、位置 x でQDが受け取る光子束です。 、 bs （ E ）は、太陽放射に対して垂直方向に受け取られる光子束です。 R （ E ）はインターフェースの反射率であり、α （ E 、 x ）は、位置 x での吸収係数です。 。 CPVは、広い領域で入射光を収集し、太陽電池の小さな領域に焦点を合わせて太陽光発電に変換します。濃度係数 X は、集光型太陽電池の性能を説明するための重要なパラメータです。これは、光子束密度の増加時間です b （ E ）また、太陽電池の面積に対する収集された入射光の面積の比率として概算されます。集束光は濃度の半角（θ）内で均一であると考えることができます。 _X ）、および太陽光子束の増加時間 b _s （ E 、 x ）は濃度係数 X に等しい 。したがって、CPVの場合、式（1）は次のように表すことができます：

光電流（ J _ph ）光子束と太陽電池の性能によって決定される、光条件下で太陽電池によって生成される J _ph J と等しい _sc 、および次のように表すことができます：

ここで Q 電気素量です。量子効率（QE）は、光子エネルギーの関数です。コレクターの光子束 bs ₂ Y です トップフォトンフラックスの倍 bs ₁ 、および J _sc 下側から照射された二重光アノード細胞の割合は、次のように表すことができます。

したがって、 J の合計 _sc1 上面からの平行光照射と J の条件での値 _sc2 下側からの集中光照射条件下での値は、 J に等しくなければなりません。 _sc1、2 PVの両側の光照射によって生成されます。式（4）は、基本的に J と一致しています。 – V 結果は表1になりますが、多少の偏差があります。 J からわかるように _sc データ、 J の合計 _sc1 上から照らし、 J _sc2 下からの照明は J より少し小さいです _sc1、2 ダブルフォトアノードデバイスの両側からの照明。偏差は、さまざまな照明条件下でのQDSSCの温度変化による光熱効果に起因するはずです。

光電気デバイスに焦点を合わせた光が熱の蓄積と温度の上昇を引き起こすことはよく知られています。本研究では、光強度計で測定した放物面反射鏡からの集光光子束は、通常の太陽光シミュレーターの約2倍です。これは、濃度係数が2であることを意味し、実際のCPVデバイスよりもはるかに小さいです。ただし、セルへの熱蓄積の影響を調査する必要があります。赤外線（IR）カメラを使用して、さまざまなテスト条件下での温度変化を監視します。使用した放物面反射鏡の焦点距離は6.5cmです。放物面反射鏡の焦点より0.5cm下に光起電力デバイスを配置して、約1.5cm ² のアクティブエリアを完全に照らします。 。ダブルフォトアノードデバイスのIR温度画像を図4b–dに示し、対応する照射条件を図4eに示します。非照射デバイスと比較して、温度上昇はそれぞれ9.3°C、20.6°C、および32.6°Cです。両面照射は、上から下への別々の照射の合計よりも高い温度上昇を示します。これは、ここに含まれる材料または界面からの追加のメカニズムを示しています。 S ^2- の反応 / S _n ^2- 電解質と界面の温度は異なります。アレニウスの式によると、PVの化学反応速度は温度の上昇とともに増加します。温度の上昇に伴い、QDSSC電極付近のレドックス反応が促進され、光アノードの光生成ホールの枯渇が加速され、エネルギー励起レドックス反応が大幅に減少しました。

結論

要約すると、CPVの概念をダブルフォトアノード設計のQDSSCに統合することにより、新しい太陽電池アーキテクチャを設計します。より良い光収穫を確実にするために、Cu ₂ Sメッシュは対極として使用され、2つの光アノードの間に挟まれており、Cu ₂ の効果があります。 セル性能のS形態が調査され、最適化されます。特別な設計により、上面から照射された単一の光アノードと比較して、PCEが260％向上することが示されています。開電圧回路は変化しませんが、ダブルフォトアノード設計により電流密度が大幅に増加し、PCEが増加します。さらに、CPVによって誘発される光熱効果は、PCEの改善に役立つ可能性があり、チャンピオンのPCEは8.28％（ V _oc =0.629 V、 J _sc =32.247 mA cm ⁻² ） が達成された。現在はQDSSCのPCEを高めるための新しい方法を提供しますが、CPV部分専用のデバイス設計をさらに最適化することができ、セルのパフォーマンスをさらに向上させることができます。より優れたQD増感剤とデバイス設計技術があれば、本研究で提案されたアイデアはQDSSCに大きな進歩をもたらし、他の太陽電池に拡張できると信じています。

データと資料の可用性

現在の調査中に使用または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて対応する著者から入手できます。

略語

QDSSC：

量子ドット増感太陽電池

PCE：

電力変換効率

CPV：

太陽電池の集光

QD：

量子ドット

FF：

フィルファクター

SILAR：

連続的なイオン層の吸着と反応

CV：

サイクリックボルタンメトリー

CBD：

化学浴堆積

SEM：

走査型電子顕微鏡

XPS：

X線光電子スペクトル