硫化物异质结的制备及光电性能的研究

发布时间：2017-06-10 20:05

  本文关键词：硫化物异质结的制备及光电性能的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：太阳能可以利用的形式主要包括热能利用、生物化学能利用、机械能利用以及光能的利用。其中利用太阳能的光生伏打效应来进行发电,即通常所说的太阳能电池,是目前利用太阳能的主要途径之一。但是,目前限制太阳能电池发展的因素还有很多,例如制备工艺繁琐、能耗高、成本高等。寻求一种简单、无污染、低成本、低能耗的制备方法合成具有较好光电性能的半导体材料成为了太阳能电池研究的关键。本论文对硫化物异质结薄膜的制备进行了研究,并进一步地将其应用薄膜太阳能电池中,对电池器件的性能参数进行了测试。本论文的主要研究内容归纳如下：(1)在FTO导电玻璃基底上溅射一定厚度的金属镉薄膜,采用简单的化学气相沉积法一步合成了CdS纳米结构薄膜。再通过超声辅助,在室温下经阳离子交换制备CdS/Ag2S异质结。详细分析不同反应时间对产物薄膜的影响,并做了一系列的表征和光电性能测试。实验结果表明CdS/Ag2S异质结薄膜致密,颗粒粒径在200～400 nm之间,薄膜表现出增强的可见光吸收,其光电流密度为30.0μAcm-2是CdS薄膜的2.3倍。通过CdS/Ag2S异质结薄膜与P3HT的杂化,组装成无机-有机太阳能电池后,测得的电池性能参数为：开路电压为0.082 V,短路电流密度为0.192 mAcm-2,填充因子为0.261,转化效率为0.0046%,其光电转换效率是CdS薄膜的2.4倍。(2)在FTO导电玻璃基底上溅射一定厚度的金属锡薄膜,采用简单的化学气相沉积法一步合成了SnS2纳米结构薄膜。在SnS2薄膜上溅射不同厚度单质锡,通过高温固相反应生成SnS2/SnS p-n异质结薄膜。实验结果表明SnS2/SnS异质结薄膜致密均匀无裂痕,在300～1000 nm波长范围内表现出很强的吸收,并且有很好的光电流响应。组装成无机p-n结太阳能电池后,测得的电池性能参数为：开路电压为0.159 V,短路电流密度为0.216mAcm-2,填充因子为0.17,转化效率为0.006%,通过初步优化器件,得到较优的转化效率为0.011%。(3)同样采用离子交换法制备CdS/CuS异质结薄膜,调控反应温度和反应时间,在温度为40℃,时间为40 min制备出致密均匀无裂痕的CdS/CuS异质结薄膜。通过一系列的表征和光电性能测试。实验结果表明CdS/CuS异质结薄膜的光电流密度达到25.0μAcm-2,是CdS薄膜的2倍。
【关键词】：太阳能电池 硫化镉 硫化锡 异质结 离子交换
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 半导体异质结11-14
• 1.2.1 p-n异质结光生电子的迁移11-13
• 1.2.2 金属硫化物形成的异质结13-14
• 1.3 硫属纳米材料的合成方法14-18
• 1.3.1 水热/溶剂热法14
• 1.3.2 热注入法14-15
• 1.3.3 热分解法15
• 1.3.4 溶胶凝胶法15-16
• 1.3.5 溅射法16
• 1.3.6 离子交换法16-18
• 1.4 本论文的选题思想及研究内容18-20
• 2 CdS/Ag_2S异质结的制备及光电性能研究20-35
• 2.1 引言20-21
• 2.2 CdS/Ag_2S异质结薄膜的制备及表征21-24
• 2.2.1 主要试剂和仪器21
• 2.2.2 导电玻璃基底FTO的处理21-22
• 2.2.3 CdS及CdS/Ag_2S薄膜的制备22-23
• 2.2.4 CdS及CdS/Ag_2S薄膜的表征及光电化学性能的测试23
• 2.2.5 太阳能电池器件的组装23-24
• 2.3 结果与讨论24-33
• 2.3.1 薄膜的组成及形貌分析24-27
• 2.3.2 薄膜的光学性质分析27-29
• 2.3.3 薄膜的光电性能分析29-33
• 2.4 本章小结33-35
• 3 SnS_2/SnS异质结的制备及光电性能研究35-47
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-38
• 3.2.1 主要试剂和仪器36-37
• 3.2.2 SnS_2及SnS_2/SnS薄膜的制备37
• 3.2.3 SnS_2及SnS_2/SnS薄膜的表征及光电化学性能的测试37
• 3.2.4 太阳能电池器件的组装37-38
• 3.3 结果与讨论38-46
• 3.3.1 薄膜的组成及形貌分析38-40
• 3.3.2 薄膜的光学性质分析40-42
• 3.3.3 薄膜的光电性能分析42-46
• 3.4 本章小结46-47
• 4 CdS/CuS异质结的制备及光电性能研究47-56
• 4.1 引言47
• 4.2 实验部分47-49
• 4.2.1 主要试剂和仪器47-48
• 4.2.2 CdS及CdS/CuS薄膜的制备48-49
• 4.2.3 CdS及CdS/CuS薄膜的表征及光电化学性能的测试49
• 4.3 结果与讨论49-55
• 4.3.1 薄膜的组成及形貌分析49-53
• 4.3.2 薄膜的光学性质分析53-54
• 4.3.3 薄膜的光电化学性能分析54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 结论56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-67
• 附录67

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本文编号：439704