基于贵金属元素的纳米粒子在量子点太阳能电池中的应用

发布时间：2020-07-19 08:04

【摘要】：基于胶体量子点的太阳能电池近年来迅猛的发展,尤其是铅硫族(Pb X,X=S,Se,Te)量子点,具备多种优异的性质,例如由于强量子限域效应,Pb S量子点的带隙在近红外区可调,有利于太阳能电池对近红外光的吸收和利用。此外,基于胶体量子点的太阳能电池可以用溶液法制备。成本低且有利于大规模生产。通过近十几年的研究,目前已认证的Pb X量子点太阳能电池的最高光电转换效率达到了12%。但是该效率距离其理论效率45%还有很大差距,这主要是因为量子点的表面缺陷态限制了载流子的寿命和扩散距离,进而导致量子点的活性层不能做厚,限制了量子点太阳能电池对光的吸收和利用。针对该问题,贵金属纳米粒子的等离子体共振效应是一种解决光伏器件有限光吸收的方法,通过远场散射效应,近场增强效应和热电子转移等途径来增强器件对太阳光的吸收和利用。基于这个思路,本文主要研究了两种不同形貌的贵金属纳米粒子在Pb S量子点太阳能电池中的应用。此外,本文还对一种基于贵金属元素的三元无毒量子点的光电性质和该量子点在太阳能电池中的应用进行了研究和讨论。具体研究内容如下:第一章:贵金属纳米粒子的简介,太阳能电池的工作机理,量子点的基本性质和发展历程,贵金属纳米粒子在量子点太阳能电池中的应用以及基于贵金属元素的量子点太阳能电池简介。第二章:金双锥和金球的合成以及表面修饰,对金双锥和金球包覆二氧化硅前后的光物理性质、形貌进行了分析,并且合成了四种不同尺寸的金双锥,为两种贵金属纳米粒子在后面章节的研究做准备。第三章:研究和讨论了分别掺杂金双锥和金球的Pb S量子点太阳能电池的器件性能,通过优化贵金属纳米粒子在器件中的位置、浓度、包覆的二氧化硅的厚度得到最优的器件效率,并对器件性能增强机理进行了探究。利用金双锥和金球互补的散射峰波段,将两者混合起来应用于Pb S量子点太阳能电池,实现了宽光谱增强,得到了9.58%的光电转换效率。第四章:合成了基于贵金属元素的无毒Ag Bi S2量子点材料,探究了Ag Bi S2量子点的光电性质并研究了三种结构的Ag Bi S2量子点太阳能电池。首先尝试Ag Bi S2与Pb S量子点异质结器件,通过优化得到了3.22%的器件效率。其次,同时使用了四甲基碘化铵(TMAI)和1,2-乙二硫醇(EDT)两种配体,制备了纯Ag Bi S2量子点的环境友好型太阳能电池,最高效率达0.65%。最后,尝试了Ag Bi S2量子点与有机聚合物的杂化太阳能电池,将PBDTBDD-T作为空穴传输层,Ag Bi S2量子点器件效率达到了2.05%。综上所述,本文以胶体量子点太阳能电池为基础,探究了贵金属纳米粒子和基于贵金属元素的无毒Ag Bi S2量子点在太阳能电池中的应用。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4
【图文】：

第一章 基于贵金属元素的纳米粒子在量子点太阳能电池中的应用当贵金属纳米粒子距离很近时，两个粒子表面的等离子体发生耦合，这种表面等离激元的共振耦合带来了两种不同的改变：其一是纳米颗粒聚集体的光谱响应和单个贵金属纳米粒子的光谱响应完全不同，不同取向的耦合，会导致贵金属纳米粒子的表面等离子体共振峰发生红移或者蓝移；其二，电磁场能量被极大地会聚到耦合结构的隙缝处，如图 1.2 所示，图中为单个金纳米颗粒（AuNP）和耦合的金纳米颗粒团簇（AuNPcluster,AuNPCs）的 FDTD 电场模拟图，从图中可以看出，耦合的 Au NPs 缝隙之间的电场强度得到了极大的增强6。此外，从图 1.3 可以看出耦合对纳米颗粒的吸收谱图产生了极大的影响，相比单个的 AuNP，具有耦合效应的 Au NPCs 的吸收峰发生了红移，并且展宽6。

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 邵磊;阮琦锋;王建方;林海青;;局域表面等离激元[J];物理;2014年05期

本文编号：2762148