合金纳米晶、硫化铅量子点的可控合成及其光电性能研究

发布时间：2017-11-29 06:03

  本文关键词：合金纳米晶、硫化铅量子点的可控合成及其光电性能研究

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【摘要】：纳米晶太阳电池可以通过溶液加工,可以采用成本低廉的全无机结构,有良好的化学稳定性,并且可以兼容柔性衬底,受到广泛关注。Cd Te纳米晶和Pb S纳米晶都可通过简便的溶剂热法合成,在表面配体的作用下能很好的分散在溶剂中,经过旋涂可以得到平整的薄膜。并且它们具有比较合适的带隙,吸收系数高,非常适合于光伏器件。Cd Te纳米晶和Pb S量子点太阳电池的能量转换效率都已经超过10%,进一步提高器件的性能有很多途径,包括改进材料质量、优化薄膜沉积工艺和优化器件结构等。本论文重点研究了Cd Te纳米晶和Pb S纳米晶这两种材料,在已有工作的基础上,通过调整前驱体中Se和Te的成分比例,成功制备了不同组分的Cd SexTe1-x合金纳米晶;采用溶剂热法制备了高质量的Pb S纳米晶;并以这两种材料为基础,成功制备了Pb S量子点太阳电池,并围绕溶剂调控Pb S量子点薄膜形貌对器件性能的影响开展了深入细致的研究,主要的研究工作有以下几个方面:(1)通过预先共混TOP-Se和TOP-Te(Tri-n-octylphosphine,TOP)前驱体,采用溶剂热法合成了Cd SexTe1-x合金纳米晶。测试了纳米晶的成分和形貌,研究了产物中Se:(Se+Te)的原子百分比与前驱体中TOP-Se和TOP-Te体积比的关系,通过光学和电化学方法测试了纳米晶的带隙,并研究了成分与带隙的关系。研究表明:前驱体中TOP-Se和TOP-Te的体积比控制着最后产物Cd SexTe1-x纳米晶的Se:(Se+Te)原子百分比。纳米晶由纤锌矿结构的Cd Te和Cd Se组成,形貌呈短棒状,并且随着Se含量的增加纳米晶的尺寸和长径比均减小,尺寸分布变宽。Cd SexTe1-x纳米晶的带隙在已知范围内随着Se含量的增加而减小,并呈现非线性关系。Cd Te、Cd Se0.10Te0.90、Cd Se0.19Te0.81和Cd Se0.36Te0.64的光学带隙分别为1.69e V、1.66e V、1.61e V和1.54e V。带隙可调为制备叠层太阳电池创造了条件。(2)使用了正辛烷、异辛烷、正庚烷、正己烷和甲苯5种溶剂溶解Pb S纳米晶,研究了薄膜形貌与溶剂的极性、粘度和沸点之间存在的关系。进一步将两种溶剂按一定比例组成混合溶剂,研究了混合溶剂对薄膜形貌以及器件的能量转换效率和稳定性的影响。研究表明:沸点较高的溶剂,例如正辛烷和甲苯,可以使薄膜具有较为平整的形貌和较小的表面粗糙度。通过使用混合溶剂可以提高Pb S量子点太阳电池的能量转换效率。使用正辛烷占95%体积异辛烷占5%体积的混合溶剂获得了7.64%的能量转换效率。使用不同溶剂的Pb S量子点太阳电池都具有较好的稳定性。其中,以甲苯为溶剂的器件,在经过150天的存储后仍然有6.18%的能量转换效率,没有明显的衰退。(3)通过简便的化学湿法刻蚀制备了具有火山口形貌的AZO薄膜。系统研究了刻蚀时间对薄膜形貌的影响。测试了表面制绒AZO薄膜的陷光性能,并制备了具有陷光结构的Pb S量子点异质结太阳电池。研究表明:随着刻蚀时间的延长,火山口形貌的尺寸变大,深度增加,数量减少。刻蚀时间为20s、25s、30s和35s时,AZO薄膜具有近似均匀分布的火山口形貌。火山口的开口角在115°-131°,具有明显的陷光作用。其中刻蚀时间为30s的AZO薄膜陷光能力最强,有效的增加了Pb S量子点薄膜对光的吸收。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TM914.4

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