水热/溶剂热法低维硫化铅纳米晶的合成工艺及光学性能研究
发布时间：2021-11-23 02:10
硫化铅是一种重要的半导体材料,因具有独特的光电特性而在太阳能电池和红外探测器等方面受到广泛关注。在众多硫化铅的合成方法中,水热/溶剂热的合成方法具有很多独特的优势,比如绿色环保、成本低。本文采用水热/溶剂热法,通过调整不同的反应条件合成出了多种形貌的硫化铅纳米晶,并对产物的形貌演变机理和光学性能进行了表征和分析;采用一步水热/溶剂热法合成了硫化铅薄膜,对产物的形貌进行了表征;采用FDTD（finite-difference-time-domain）法模拟了硫化铅薄膜对硫化铅基钙钛矿太阳能电池光学性能的影响。本文研究所得到的主要结论如下:（1）在水热法中,合成了六足/八足枝晶,面心凹陷的立方形等。结果表明,在水热法合成硫化铅纳米晶过程中,反应前驱物摩尔比、反应时间、反应温度、L-半胱氨酸的添加量的改变能够影响产物的形貌。对产物的光学性能测试发现,硫化铅纳米晶的不同形貌能够影响其光吸收强度。（2）采用溶剂热法,以乙二胺作为反应溶剂合成了“魔方”,八角枝晶等多种形貌的硫化铅纳米晶。通过产物的表征发现,随着反应温度的上升,合成的硫化铅纳米晶形貌在反应溶剂分别为去离子水和乙二胺溶剂中呈现几乎相反...
【文章来源】：昌吉学院新疆维吾尔自治区
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１太阳能电池最高效率图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｂｅｓｔ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｃｅｌｌ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ??太阳能电池作为太阳能光伏系?
控制其结晶等优点，并具有较高的转换效率??和稳定性，被最早应用于太阳能电池的基础材料［１３】。晶体硅太阳能电池的出现和发展为??人们将太阳能转换为电能提供了一种新方法，对新能源领域的拓展具有重要的意义，在??现如今的太阳能光伏产业中占有重要的地位，然而随着晶体硅太阳能电池的不断发展，??其缺点也逐渐显现了出来，晶体硅太阳能电池对各层的要求比较高，其制造工艺复杂，??而且近些年来硅材料的价格不断增加，导致其成本过高，限制了其进一步的发展和应用。??，ｒ?，ｒ??，？?＼?ｒ??图１．３薄膜太阳能电池分类示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｉｎ?ｆｉｌｍ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌｓ??第二代溥膜太阳能电池使用半导体材料作为结构的光吸收材料，相对硅太ｍ能电??池，所ｗ的村料较少，制造简便而且生产成本相对较低，在薄膜太阳能电池的发展補队??受到研宄条件的限制，其转化效率较低，此后随着薄膜材料制造工艺以及相关技术的不??断发展，应用多种半导体材料的薄膜太阳能电池的效率有所提升，薄膜电池的材料选収??大多有毒性，而且成本较高，其大规模的推广因此受到限制。薄膜电池可以分为无机薄??膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池。??（１）无机薄膜太阳能电池??无机游膜太阳能电池主要有非晶硅薄膜太阳能电池和化合物太阳能电池。非晶硅太??阳能电池相比晶体硅太阳能电池生产成本低，生产工艺相对简便，更适合大批量生产，??此外，非晶硅太阳能电池的实用性能如稳定性和光学性能较好ｍｉ。化合物太阳能电池所??使用的光吸收层材料如ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ等，具有带隙与太阳光谱的匹配程度更好，光吸??收性能较强等特点
?水热／溶剂热法低维硫化铅纳米晶的合成工艺及光学性能研宄???自身具有一定的柔韧性，使合成柔性太阳能电池的目标成为现实，也为柔性可穿戴设备??的持久续航提供解决方案（图１．４）?Ｍｌ。??＾Ａ＇?ＵＦ??图１．４硫化铅基有机太阳能电池??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｌｅａｄ?ｓｕｌｆｉｄｅ?ｂａｓｅｄ?ｏｒｇａｎｉｃ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌ??第三代太阳能电池以薄膜结构为基础，但优势是转换效率更高，薄膜材料选取范围??更广，采用多结设计的太阳能电池可以具有更加丰富的光电性能［１９］。第三代太阳能电池??在材料选取上兼具较高的光电转换性能、更加的绿色环保，同时要求其制造成本更低以??降低太阳能发电的成本，进而推进太阳能发电的实用性。此外，选取具有更多特性材料??作为太阳能电池结构设计基础以获取更多的功能，例如利用有机高分子材料的柔性，可??以制备出柔性太阳能电池等众多种类新型太阳能电池。受目前的技术水平等影响，第三??代太阳能电池仍处于发展的早期阶段，存在很多不足，比如成功制备的较大尺寸器件案??例较少，电池在较长使用时间中，其光电转换效率以及稳定性与前两代特别是硅太阳能??电池相比仍有一定差距，还不能够满足目前的使用要求。第三代太阳能电池中各结构层??的制备以及器件的制备依赖相关材料的制备工艺以及性能特性，相信随着相关研宄的不??断深入，第三代太阳能电池在不久的将来能够在太阳能电池中占有重要地位。??有机无机钙钛矿材料电子／空穴迁移率较高，并具有带隙可调，较宽的光吸收范围等??特性，从而发展出第三代太阳能电池中具有代表性的钙钛矿太阳能电池［？２２］。钙钛矿太??阳能电池自出现以来其认证效率迅速提升，而受益于其优良特性也
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯量子点在储能器件中的应用[J]. 龚乐,杨蓉,刘瑞,陈利萍,燕映霖,冯祖飞. 化学进展. 2019(07)
[2]薄膜太阳电池研究进展和挑战[J]. 张传军,褚君浩. 中国电机工程学报. 2019(09)
[3]理解纳米材料在液相合成中的主要反应（英文）[J]. 吴宇恩,王定胜,李亚栋. Science China Materials. 2016(11)
[4]水热-溶剂热法合成PbS纳米晶的现状研究[J]. 张保花,郭福强,魏伟. 昌吉学院学报. 2014(01)
博士论文
[1]自下而上与自上而下法构筑纳米结构及其物性研究[D]. 张淑东.中国科学技术大学 2010
本文编号：3512908
【文章来源】：昌吉学院新疆维吾尔自治区
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１太阳能电池最高效率图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｂｅｓｔ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｃｅｌｌ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ??太阳能电池作为太阳能光伏系?
控制其结晶等优点，并具有较高的转换效率??和稳定性，被最早应用于太阳能电池的基础材料［１３】。晶体硅太阳能电池的出现和发展为??人们将太阳能转换为电能提供了一种新方法，对新能源领域的拓展具有重要的意义，在??现如今的太阳能光伏产业中占有重要的地位，然而随着晶体硅太阳能电池的不断发展，??其缺点也逐渐显现了出来，晶体硅太阳能电池对各层的要求比较高，其制造工艺复杂，??而且近些年来硅材料的价格不断增加，导致其成本过高，限制了其进一步的发展和应用。??，ｒ?，ｒ??，？?＼?ｒ??图１．３薄膜太阳能电池分类示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｉｎ?ｆｉｌｍ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌｓ??第二代溥膜太阳能电池使用半导体材料作为结构的光吸收材料，相对硅太ｍ能电??池，所ｗ的村料较少，制造简便而且生产成本相对较低，在薄膜太阳能电池的发展補队??受到研宄条件的限制，其转化效率较低，此后随着薄膜材料制造工艺以及相关技术的不??断发展，应用多种半导体材料的薄膜太阳能电池的效率有所提升，薄膜电池的材料选収??大多有毒性，而且成本较高，其大规模的推广因此受到限制。薄膜电池可以分为无机薄??膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池。??（１）无机薄膜太阳能电池??无机游膜太阳能电池主要有非晶硅薄膜太阳能电池和化合物太阳能电池。非晶硅太??阳能电池相比晶体硅太阳能电池生产成本低，生产工艺相对简便，更适合大批量生产，??此外，非晶硅太阳能电池的实用性能如稳定性和光学性能较好ｍｉ。化合物太阳能电池所??使用的光吸收层材料如ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ等，具有带隙与太阳光谱的匹配程度更好，光吸??收性能较强等特点
?水热／溶剂热法低维硫化铅纳米晶的合成工艺及光学性能研宄???自身具有一定的柔韧性，使合成柔性太阳能电池的目标成为现实，也为柔性可穿戴设备??的持久续航提供解决方案（图１．４）?Ｍｌ。??＾Ａ＇?ＵＦ??图１．４硫化铅基有机太阳能电池??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｌｅａｄ?ｓｕｌｆｉｄｅ?ｂａｓｅｄ?ｏｒｇａｎｉｃ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌ??第三代太阳能电池以薄膜结构为基础，但优势是转换效率更高，薄膜材料选取范围??更广，采用多结设计的太阳能电池可以具有更加丰富的光电性能［１９］。第三代太阳能电池??在材料选取上兼具较高的光电转换性能、更加的绿色环保，同时要求其制造成本更低以??降低太阳能发电的成本，进而推进太阳能发电的实用性。此外，选取具有更多特性材料??作为太阳能电池结构设计基础以获取更多的功能，例如利用有机高分子材料的柔性，可??以制备出柔性太阳能电池等众多种类新型太阳能电池。受目前的技术水平等影响，第三??代太阳能电池仍处于发展的早期阶段，存在很多不足，比如成功制备的较大尺寸器件案??例较少，电池在较长使用时间中，其光电转换效率以及稳定性与前两代特别是硅太阳能??电池相比仍有一定差距，还不能够满足目前的使用要求。第三代太阳能电池中各结构层??的制备以及器件的制备依赖相关材料的制备工艺以及性能特性，相信随着相关研宄的不??断深入，第三代太阳能电池在不久的将来能够在太阳能电池中占有重要地位。??有机无机钙钛矿材料电子／空穴迁移率较高，并具有带隙可调，较宽的光吸收范围等??特性，从而发展出第三代太阳能电池中具有代表性的钙钛矿太阳能电池［？２２］。钙钛矿太??阳能电池自出现以来其认证效率迅速提升，而受益于其优良特性也
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯量子点在储能器件中的应用[J]. 龚乐,杨蓉,刘瑞,陈利萍,燕映霖,冯祖飞. 化学进展. 2019(07)
[2]薄膜太阳电池研究进展和挑战[J]. 张传军,褚君浩. 中国电机工程学报. 2019(09)
[3]理解纳米材料在液相合成中的主要反应（英文）[J]. 吴宇恩,王定胜,李亚栋. Science China Materials. 2016(11)
[4]水热-溶剂热法合成PbS纳米晶的现状研究[J]. 张保花,郭福强,魏伟. 昌吉学院学报. 2014(01)
博士论文
[1]自下而上与自上而下法构筑纳米结构及其物性研究[D]. 张淑东.中国科学技术大学 2010
本文编号：3512908
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