Ⅳ-Ⅵ半导体纳米晶低温液相合成及光伏应用研究

发布时间：2020-07-06 09:50

【摘要】：本文首先对溶液法加工太阳电池的工艺方法分别进行了详细的介绍,并对纳米晶太阳电池的发展进行了概述,提出探索高效PbS胶体量子点太阳电池制备工艺。着重介绍了合成硫化铅和硒化铅所需的原材料和所使用的实验设备以及前驱体等,其中包括了这些材料的合成制备过程和条件,以及成熟的溶剂热低温合成技术,实现高质量硫化铅和硒化铅纳米晶制备。用标准硅太阳电池组件和太阳模拟光对制备得到的PbS胶体量子点太阳电池进行器件效率测试以及J-V曲线测试,并对影响太阳电池效率因素进行了初级探讨。利用低温液相合成PbS、PbSe等Ⅳ-Ⅵ半导体纳米晶,采用溶液法加工制备了薄膜太阳电池,对不同溶剂条件下纳米晶太阳电池性能影响进行了深层次的研究。由于PbS胶体量子点太阳电池在不同溶剂配体(正辛烷、异辛烷、正庚烷、正己烷、甲苯)和不同的溶剂浓度配比等条件下,其光电转换效率不尽相同,这与不同溶剂条件下薄膜的表面形貌(缺陷、均一性、致密性、表面粗糙度等)不同有关。针对这些情况,我们通过在相同的环境条件下对实验组和对照组进行比较,得出实现高效率PbS胶体量子点太阳电池的实验条件和性能改善方法。对于PbS纳米晶太阳电池,研究发现薄膜的平整度、致密度、配体交换策略对器件性能有着重大影响。在已有的文献报导中,通常采用辛烷单一溶剂作为PbS纳米晶的分散溶剂,由于溶剂的粘度、沸点、挥发速率对于所形成的薄膜的质量至关重要,因此研究不同纳米晶分散溶剂以及混合溶剂对于薄膜光电性质、器件性能影响是一个值得探索的研究。经过对高效PbS胶体量子点太阳电池器件性能参数的测定,可得到在最优的混合溶剂(正辛烷95%异辛烷5%)条件下,器件的开路电压(0.54V)和填充因子(53.82%)都得到了大幅度的提高,从而其能量转换效率(PCE=7.64%)也得到大幅度的提高。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TM914.42
【图文】：

类型 器件结构 配体 激子峰（nm） 结数能量转换效率（%）肖特基 ITO/PbS/LiF/Al 1,4-苯二硫醇 1100 1 5.2异质结 TiO2/PbS MPA 和 CdCl2950 1 7.0p-i-n ZnO/PbS/PbS TBAI/EDT 935 1 8.6熔融异质结TiO2/PbS MPA 和 CdCl21000 1 9.2串联TiO2/PbS/recombinationstack/PbSMPA 800/1250 2 4.2在实际应用中要想继续提高量子点器件的性能（图 1-1）将取决于以下三个关键领域的进展。

图 2-1 a)制备的 PbS 胶体量子点的吸收图，b)不同配体策略的 PbS 胶体量子点的 UV 吸收光谱。Fig. 2-1 a)Absorption image of prepared PbS CQDs, b) UV-absorption spectra of PbS CQDsin different ligand strategies. CQD = colloidal quantum dots.图 2-1 a)是采用 OPA+CdCl2+OLA 作为复合配体注入合成得到的硫化铅在离心清洗吹干后溶解于甲苯中所测吸收光谱经过图形处理得到的，能够明显看出其吸收峰为1028nm。图 2-1 b)是在不同的配体方案下（实验组与对照组的其他反应条件相同）得到的硫化铅的吸收光谱，其中 PbS-I 是在没有配体的情况下合成得到的 PbS 在离心清洗吹干后溶解于甲苯中所测吸收光谱；PbS-II 是在配体 OPA+CdCl2+OLA 的情况下合成得到的 PbS 在 离 心 清 洗 吹 干 后 溶 解 于 甲 苯 中 所 测 吸 收 光 谱 ； PbS-III 是 在 配 体TDPA+CdCl2+OLA 的情况下合成得到的 PbS 在离心清洗吹干后溶解于甲苯中所测吸收光谱；PbS-IV 是在配体 ODPA+CdCl2+OLA 的情况下合成得到的 PbS 在离心清洗吹干后溶解于甲苯中所测吸收光谱。可以发现 PbS-II 即在配体 OPA+CdCl2+OLA 的情况下合成

图 2-2 不同配体的 PbS 胶体量子点的 TEM 图Fig. 2-2 TEM image of PbS CQDs in different ligands. TEM = transmission electronmicroscope.2.4 超越单结限制的 CQD 太阳能电池概念自 2005 年首次器件演示以来，在开发 CQD 太阳能电池方面取得了很大进展。科研工作者们已经取得了包括被认为有 Shockley-Queisser（ 肖克利-奎伊瑟）能量转换效率极限的传统单结结构在内的之前所有描述的结构的进步。CQD 作为光伏材料的主要潜在应用之一是通过利用离散能带结构以及 CQD 材料提供的量子尺寸效应可调性来实现在太阳能电池里先进影响的可能性。接下来的部分描述了使用 CQD 来超越在太阳能电池概念中的肖克利-奎伊瑟极限的几项努力尝试。2.4.1 多结 CQD 太阳能电池

【参考文献】

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本文编号：2743480