硫屬半導體的制備及在太陽能電池上的應用.pdf

1、在當今化石燃料日漸枯竭的前提下,可再生清潔能源的開發(fā)和利用已經成為了當今人類的一個共同話題,太陽能電池也應運而生。在各種太陽能電池中,各類敏化太陽能電池由于其光電轉化性能好,價格低廉,制作方法簡單等優(yōu)點脫穎而出。在納米晶敏化類太陽能電池的各部分中,敏化劑的優(yōu)化可以提高光電轉化效率,對電極的開發(fā)可以在高效的前提下降低電池成本。為了推進納米晶敏化太陽能電池的大規(guī)模工業(yè)化生產進程,本文從敏化劑的角度對納米晶敏化太陽能電池進行了研究,并簡單嘗試

2、了低成本對電極的研究。
　　本論文中包括的工作如下:
　　1、在第二章,我們首次在無保護的空氣環(huán)境下通過簡單低廉的水相反應合成亞穩(wěn)態(tài)的纖維鋅礦CuInS2納米晶顆粒。我們通過XRD,XPS,EDS,TEM等測試手段對合成的納米晶顆粒的結構,元素組成以及微觀形貌進行了表征。并且通過UV-vis光譜,表面光電壓以及I-V曲線測試合成的樣品的光電性能。其中,從UV-vis吸收光譜中可以看出在可見光以及近紅外范圍內,纖維鋅礦CuIn

3、S2納米晶的吸收強度要比相同條件下測試的黃銅礦結構CuInS2納米晶的吸收強度要高。通過吸收帶邊長波外推法我們推算了纖維鋅礦CuInS2納米晶顆粒的禁帶寬度約為1.47eV,符合作為太陽能電池吸收材料的最佳禁帶寬度。在可見光范圍內良好的表面光電壓以及I-V曲線性質同樣可以證明我們合成的纖維鋅礦CuInS2納米晶顆粒在光伏領域的潛在利用價值。因此,我們在無任何保護措施的空氣環(huán)境中利用短鏈小分子MAA作為包裹劑,最終在水溶液中合成了無有機大

4、分子基團,光電性質良好的亞穩(wěn)態(tài)纖維鋅礦CuInS2納米晶。并且簡單的操作以及低廉的成本也增加了本章工作在太陽能電池方面的潛在應用價值。
　　2、在第三章,我們主要將前一章中水相合成的兩種不同結構的CuInS2納米晶作為研究對象,并通過滴涂的方法在導電玻璃基底上制成CuInS2薄膜,并分別作為染料敏化太陽能電池的對電極材料。經過XRD分析我們發(fā)現后期不同退火溫度對CuInS2納米晶薄膜晶體結構會有很大影響。通過SEM的測試可以看出滴

5、涂法是可以制得致密度高、平整度較好的薄膜。另外,我們分別將兩種結構的CuInS2納米晶薄膜作為染料敏化太陽能電池的對電極,并最終測試其光電性能。實驗結果發(fā)現,兩種結構的CuInS2薄膜與鉑電極的光電轉換效率幾乎相當,表明了作為一種低廉的材料CuInS2在未來有可能會取代昂貴的鉑電極用于敏化電池。
　　3、在第四章,我們用第二章的方法合成CuInS2納米晶并結合TiO2納米棒陣列光陽極最終組裝納米晶敏化太陽能電池(QDSSC)。我們

6、采用小分子MAA作為包裹劑合成CuInS2納米晶對QDSSC中傳輸電子的性能進行優(yōu)化。本章還采用了TiO2納米棒陣列代替?zhèn)鹘y(tǒng)常用的TiO2納米顆粒薄膜作為光陽極材料,大大提高了導電性和電子傳輸性。通過實驗結果的分析,我們可以很清楚的看到水相合成CuInS2納米晶并用于敏化TiO2納米棒陣列的方法用于納米晶敏化太陽能電池是可行的。
　　4、在第五章,我們成功的利用CdS和PbS納米晶作為共敏化劑來提高納米晶敏化太陽能電池的光伏性能。

7、與單一納米晶敏化太陽能電池相比,以CdS/PbS作為共敏化對的納米晶共敏化太陽能電池的整體光電轉化效率等光伏性能有了顯著的提高。并且在一個太陽強度(AM1.5,100mW/cm2)的太陽能模擬器光照下CdS/PbS納米晶共敏化太陽能電池達到了2.02％的光電轉化效率。由于一維TiO2納米棒陣列以及FTO/TiO2/CdS/PbS光電極內的階梯狀能帶結構這兩者優(yōu)勢的結合,我們得到了具有高的光電轉化效率的納米晶敏化太陽能電池。這些工作同樣也