铅硫族量子点的合成及其在太阳能电池中的应用
发布时间：2021-08-24 10:59
在过去十年间,PbX量子点因其具有高度可调的带隙、多激子效应以及可溶液法制备,成为一种非常有前途的高效廉价光伏材料,引起了人们的广泛关注。此外,近红外光的捕获能力也使PbX量子点成为构建叠层太阳能电池中背电池的良好选择。随着量子点表面钝化以及器件结构的不断优化发展,在大幅提高PbX量子点太阳能电池的转化效率的同时,量子点器件的稳定性也取得了长足的进步。到目前为止,文献中报道的基于PbS量子点太阳能电池的最高效率已经达到了12.0%。但是,要想真正实现量子点太阳能电池的大规模商业化生产,仍然存在很多问题。这需要人们对PbX量子点的合成工艺、表面配体工程、器件结构等进行进一步优化,从而提升量子点的胶体稳定性和器件性能。在本文中,采用目前最高效的配体交换法来制备了两种PbX量子点太阳能电池,研究合成工艺和表面配体工程对其器件性能的影响,主要内容如下:第一章:PbX量子点太阳能电池的介绍。简述了量子点的基本性质、PbX量子点太阳能电池的发展历程及其性能表征方法。第二章:PbS量子点太阳能电池的液相配体交换工程。采用了一种多重钝化的方法通过液相配体交换来获得PbS量子点油墨,使用MPA对传统的P...
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２典型的ＰｂＳ量子点透射电子显微镜（ＴＥＭ）图慄
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丨??铅硫族最子点的合成及其在太阳能电池中的应用?第一章??分离依赖于量子点／金属界面上形成的内建电场，成功制备有效的光伏器件。１８??Ｉ一＂??Ｉ??＾?＼??咖?賴?１０００?彳獅?４４０Ｄ??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图１．４ＰｂＳ量子点的吸收光谱及其肖特基结电池器件结构。１９??如图１．４所示，肖特基结量子点太阳能电池具冇结构简中－、制备工艺简单以及??薄膜界面数量冇限等优点，１７通过对Ｍ子点采用不同的表面配体处理、２１）蒸镀氟化??锂（ＬｉＦ）、２１引入氧化物阻挡层２２以及有效的有机电荷传输Ｍ，?２３器件效率突破丫??３％，随后光电转化效率提高到了?５％以上。１９然而，由于耗尽层内建电场受限于费??米能级介：Ｍ子点和金属界面的钉扎效应，导致器件的开路电）丨（远低丁？?Ｋ子点的带??隙，电压损失较大，限制了肖特基量子点太阳能电池的进一步发展。５??（２）异质结量子点太阳能电池??受到染料敏化太阳能屯池结构的启发，一种用于ｆｔ子点太阳能屯池的异质结??结构被提出。这种异质结量子点太阳能电池的典型结构为：氧化铟锡（丨ＴＯ）或氟??掺杂氧化锡（ＦＴＯ）?／重掺杂的ｎ型宽禁带半导体（氧化钛Ｔｉ０２或氧化锌ＺｎＯ）?／ｐ??型量子点薄膜／高功函的金属电极（三氧化钼ＭｏＯｘ／错Ａ１或银Ａｇ）。如图１．５所示，??２４在这种结构屮，ｐ型量子点将与ｎ型宽带隙的半导体接触，从而形成ｐ－ｎ结。通??常选用的是重掺杂ｎ型宽带隙金属氧化物，尽可能增大在ｐ－ｎ结处的耗尽层宽度，??从而覆盖整个量Ｔ点的吸光层，增加对光生载流子的收集效率。Ｗ此，泣子点层??中的光生电Ｔ空穴对被分离，分别传输到金属氧化物和金
本文编号：3359861
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２典型的ＰｂＳ量子点透射电子显微镜（ＴＥＭ）图慄
．－－，Ｖ?３?荈她?ｍ?〇？＂?一＾＾＊５?錄??Ｉ?｜?＾＝ｉ；？??（？＞?§?卜＾ｍｚｚｉｒｉＬ．！??Ｖ—?ｚｉ２＾＿?ｒ？?－－＾Ｖ?－??＿？３．，．ｉ－?ｗ：??＜ｆ?、．，＼＿?—￣＾?％ｎ?ｔｗ＾?＾ｒ?—??々頂叫??、?…＾?卜ｐ、－—ｒ．—ｒ「广：，”??ＢＯＯ?＼２ｍ?１６００?２００Ｄ?２４００?１０００?１５００?２０００?２５００＾??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）?Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图１．３?ＰｂＳ和ＰｂＳｅ量子点随尺寸变化的吸收谱图。１６??对于光伏器件来说，有效地利用太阳光谱中的所有光子是非常有必要的。考??虑到大量光＋的波长大于可见范围，带隙能在近红外和中远红外Ｒ域高度ｎｊ？调的??材料是我们所需要的。由于量子点的带隙可以随着尺寸的改变而发生变化，因此，??体材料的带隙在红外Ｅ域的量子点可以很好地满足这一要求。ＰｂＳ和ＰｂＳｅ这两种??铅硫族量子点是量子点太阳能电池中最常用的材料，他们的体带隙分别为０．３７?ｅＶ??和０．２６?ｅＶ。１５如图１．３所示，随着量子点尺寸的变化，ＰｂＳ和ＰｂＳｅ量子点的第一??激发峰的位置可以在很大程度上进行调节，带隙覆盖范围广。１６它既适用于单结电??池，也适用于串联电池。再加上可溶液法制备，量子点被认为是一种非常有前景??的低成木光伏器件材料??１．３?ＰｂＸ量子点太阳能电池的发展历程??ＰｂＳ量子点是一种高性能、低成本的太阳能电池材料。在过去的十年中，量??ｒ点太阳能电池的性能提高的原因主要可以分为以下两类：（１）器件结构的发展；??（２）对材料理解的进步，尤其是量子点的表面配
丨??铅硫族最子点的合成及其在太阳能电池中的应用?第一章??分离依赖于量子点／金属界面上形成的内建电场，成功制备有效的光伏器件。１８??Ｉ一＂??Ｉ??＾?＼??咖?賴?１０００?彳獅?４４０Ｄ??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图１．４ＰｂＳ量子点的吸收光谱及其肖特基结电池器件结构。１９??如图１．４所示，肖特基结量子点太阳能电池具冇结构简中－、制备工艺简单以及??薄膜界面数量冇限等优点，１７通过对Ｍ子点采用不同的表面配体处理、２１）蒸镀氟化??锂（ＬｉＦ）、２１引入氧化物阻挡层２２以及有效的有机电荷传输Ｍ，?２３器件效率突破丫??３％，随后光电转化效率提高到了?５％以上。１９然而，由于耗尽层内建电场受限于费??米能级介：Ｍ子点和金属界面的钉扎效应，导致器件的开路电）丨（远低丁？?Ｋ子点的带??隙，电压损失较大，限制了肖特基量子点太阳能电池的进一步发展。５??（２）异质结量子点太阳能电池??受到染料敏化太阳能屯池结构的启发，一种用于ｆｔ子点太阳能屯池的异质结??结构被提出。这种异质结量子点太阳能电池的典型结构为：氧化铟锡（丨ＴＯ）或氟??掺杂氧化锡（ＦＴＯ）?／重掺杂的ｎ型宽禁带半导体（氧化钛Ｔｉ０２或氧化锌ＺｎＯ）?／ｐ??型量子点薄膜／高功函的金属电极（三氧化钼ＭｏＯｘ／错Ａ１或银Ａｇ）。如图１．５所示，??２４在这种结构屮，ｐ型量子点将与ｎ型宽带隙的半导体接触，从而形成ｐ－ｎ结。通??常选用的是重掺杂ｎ型宽带隙金属氧化物，尽可能增大在ｐ－ｎ结处的耗尽层宽度，??从而覆盖整个量Ｔ点的吸光层，增加对光生载流子的收集效率。Ｗ此，泣子点层??中的光生电Ｔ空穴对被分离，分别传输到金属氧化物和金
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