溶液化学法制备硫化物纳米材料用于太阳能电池的研究

发布时间：2021-06-25 05:52

　　随着世界能源问题日益严峻,太阳能电池得到了广泛的关注,寻求一种绿色、高效率、低成本的太阳能电池成为热点。近些年发展较好的太阳能电池包括聚合物太阳能电池和钙钛矿电池等。聚合物太阳能电池制备工艺简单、成本低、可用于卷对卷大面积制备;钙钛矿电池效率不断攀升,而且成本低,使其成为最具有商业价值的太阳能电池之一。虽然以上两种太阳能电池发展迅猛,但是都存在阻碍他们商业化的缺点:聚合物电池有载流子迁移率低以及电池稳定性差等问题亟待解决;钙钛矿电池材料不稳定以及电池寿命短的问题不容忽视。金属硫化物由于具有合适的能带结构,较高的介电常数以及优异的电子传输性能被广泛地应用到以上两种电池中。真空蒸发法、近空间升华法、分子束外延法等是常用的制备金属硫化物薄膜的方法,但是这些方法对设备或者实验条件要求较高。所以现在硫化物材料所面临的问题是,需要寻求一个成本低、环境友好而且操作简单的制备方法。本文中主要使用热分解黄原酸配合物法和低温溶液法两种溶液法化学,相较于常用的制备方法,热分解黄原酸配合物得到的金属硫化晶体尺寸更小、膜更为致密、成本低、操作简单并且可大面积制备,而低温溶液法制备纳米金属硫化物成本低,绿色易操作... 

【文章来源】：兰州交通大学甘肃省

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

各类型太阳能电池效率发展图[16]

溶液化学法制备硫化物纳米材料用于太阳能电池的研究-4-图1.2地球元素含量表1.2.3新型太阳能电池现代社会追求绿色、高效而且成本低的太阳能电池，新型太阳能电池就是基于此理念所研发出的一类电池。新型电池主要包括一些新材料或者是新结构的太阳能电池：染料敏化、量子点、钙钛矿和有机聚合物电池。染料敏化电池具有材料丰富、合成较简单等优势，但是大多数的染料敏化电池中的液态电解质使电池电极容易出现电极腐蚀、电解质的泄露等问题，致使电池的稳定性大大降低[22-25]。钙钛矿电池的问世起源于染料敏化电池的发展，不同的是，钙钛矿电池的吸光层是钙钛矿型有机-无机材料，代替了染料敏化电池的染料分子[26]，这相对比于染料敏化电池也是一种巨大的进步。除此之外，钙钛矿材料具有带隙低、吸光系数高和光谱响应范围大等优点。钙钛矿电池从2009年Kojima等首次研制获得3.8%的光电转化效率[27]后，以直线的速度将光电转化效率增长至29.1%[28]，展示出了钙钛矿太阳能电池惊人的潜力。平面异质结构和介观多孔结构是钙钛矿电池的两种结构（如图1.3）。平面异质结钙钛矿电池是以三明治结构的形式，将p型材料和n型材料分别置于钙钛矿吸收层的两侧，有望在柔性电池和叠层电池方向得到好的发展。介孔钙钛矿太阳能电池是最早而且最广泛应用的钙钛矿电池的一种结构。一般认为，介孔电子传输材料具有以下优点：(1)高的表面积可以增加载流子的产生和收集的位点的数量，从而克服了平面材料的尺寸限制。(2)通过引入这种由大颗粒组成的附加散射层，可以实现增强的光吸收。(3)作为支架，其均匀且大小可调的介孔通道有助于调节钙钛矿晶体的生长，有利于制备良好的钙钛矿

兰州交通大学硕士学位论文-5-形貌。除了以上两大类型的结构之外，还有从聚合物电池发展而来的反型钙钛矿电池，它的电子传输层和空穴传输层与正型相比，互换了位置[29-31]。图1.3(a)平面异质结钙钛矿电池(b)介观多孔钙钛矿太阳能电池平面示意图有机聚合物电池具有制备工艺简单、光谱吸收系数较大、可用于大面积制备等优点，而且它的成本仅有硅基太阳能电池的20%左右[32-34]。现在常用的结构主要分为两类：平面异质结和体异质结（如图1.4）。最早由邓青云博士用四羧基茈的衍生物和铜酞菁组成平面异质结结构的太阳能电池[35]，使有机太阳能电池走上了太阳能电池的舞台。之后为了解决有机太阳能电池吸收层厚度与激子扩散长度的矛盾，出现了体异质结太阳能电池。体异质结太阳能电池能够更有效地收集载流子，提高电池的光电转化效率[36]，本文中第三章便采取了这种结构。但是目前由于有机聚合物材料迁移率低、体电阻高等缺点，相对硅基太阳能电池来讲效率仍旧不高，稳定性问题也有待解决。因此要使它实现商业化还有很长的路要走。图1.4(a)体异质结有机太阳能电池(b)平面异质结有机太阳能电池平面示意图


本文编号：3248633