水相操作法构筑纳米晶太阳能电池及其性能研究

发布时间：2020-07-28 22:04

【摘要】：溶液加工法制备太阳能电池具有操作简单,可大面积生产,成本低廉等优点,吸引了世界各国科研工作者们的广泛关注。然而,在制备器件的过程中,绝大多数情况下涉及使用高毒溶剂,如氯仿、甲苯等,对环境带来不利的影响。因此,发展水溶液加工法制备太阳能电池具有重要意义。虽然以水溶液作为溶剂制备纳米晶太阳能电池具有清洁无毒和廉价等优势,其性能也在不断提升,但是器件多年来一直存在漏电流较大,载流子易在界面复合的问题,严重限制了其发展。为了解决上述问题,本论文主要开展了以下两个方面的工作:(1)水相操作法构筑掺杂绝缘聚合物的纳米晶太阳能电池。我们将热稳定性良好的聚乙烯吡咯烷酮(poly(vinyl pyrrolidone),PVP)掺杂到水溶性的CdTe纳米晶中,制备了水相绝缘聚合物掺杂的PVP:CdTe纳米晶太阳能电池,电池结构为ITO/TiO_2/CdTe/PVP:CdTe/MoO_3/Au。通过调控PVP与CdTe的比例,使器件达到了4.60%的光电转化效率,优于同等条件下的纯CdTe纳米晶器件。通过对器件进行深入的机理研究,发现PVP的引入填补了纳米晶之间的空隙,抑制了漏电流的产生;同时,PVP的存在减小了CdTe与空穴传输层MoO_3之间的表面接触面积,抑制了界面处载流子的复合,从而提高了器件的整体性能。引入过量的PVP会阻碍载流子的传输,从而导致器件性能下降,因此我们进一步系统地研究了活性层厚度与PVP含量之间的依赖关系,发现薄的活性层器件所需要PVP的量更多,而厚的活性层器件只需要少量的PVP,即可达到预期效果。(2)水相操作法构筑掺杂绝缘聚合物的纳米晶体相异质结太阳能电池。在(1)的基础上,为进一步提高器件的性能,将电子传输层由TiO_2改成ZnO,并且在电子传输层和活性层之间引入了ZnO:CdTe体相异质结层,构筑了结构为ITO/ZnO/ZnO:CdTe/PVP:CdTe/PVP:CdTe/MoO_3/Au的太阳能电池,并将退火温度提高到400~oC以提高载流子迁移率。通过系统调控活性层的厚度获得了5.84%的器件效率,比纯CdTe纳米晶器件的效率提高了58.7%。深入的机理研究表明,构筑的ZnO:CdTe体相异质结层将耗尽区宽度从150 nm延长到174 nm,提高载流子传输速率并有效促进载流子的提取,从而提升了器件性能。这个光电转化效率目前是基于绝缘聚合物修饰的纳米晶太阳能电池的最高效率。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4
【图文】：

XRD图谱,XRD图谱,薄膜,纳米晶薄膜

并且与纯 CdTe 纳米晶器件进行对比。图 4.4d 给出了器件 J-V 曲线。其中 B 器件的 PCE，Voc，Jsc和 FF 相应的参数分别为 5.84 cm-2和 54.1%，远远高于 A 器件的光电转换效率（3.68%），提高了性能参数总结在表 4.1 中。器件性能的提高主要源于VP:CdTe/PVP:CdTe 的成功制备。随后，我们对活性层的形貌及结性层的形貌和结构PVP:CdTe 薄膜的形貌与结构们对掺杂 PVP 的活性层 PVP:CdTe 薄膜的形貌进行了表征。如图 4火下的纯 CdTe 纳米晶薄膜显示的表面粗糙度（RMS）为为 6.25 n糙度减小至 2.04 nm。这可能是 PVP 填补了纳米晶空隙，使薄膜表00oC 退火下的 CdTe 纳米晶薄膜和 PVP:CdTe 薄膜的 RMS 值分别为表明微量分解的 PVP 可能仍然起到了填补纳米晶之间空隙的作用说明在本章中 PVP 同样抑制了漏电流的产生。

电容图,零偏压,电容,耗尽区

36 Vincurves and (b) EQE curves of the PHJ and BHJ deness.电容电压（C-V）测量获得 B 器件中的耗尽区域。从，零偏压下的电容减小。耗尽区域的宽度可以通过以W= εε0A/C0的宽度，ε 为 CdTe 的介电常数（10），ε0为真空介电

【参考文献】