金屬等離激元調節(jié)半導體薄膜太陽電池的光電性能研究.pdf

1、半導體薄膜太陽電池由于加工及成本低廉受到人們的廣泛關注并取得了較快的發(fā)展。但是目前半導體薄膜太陽電池效率還不夠高。一種新穎而有效的方法是利用金屬納米粒子所產生的表面等離激元的散射或近場增強效應來增加太陽電池的光吸收，從而改善半導體薄膜太陽電池效率。本文就是基于這一理論，將金屬等離激元用于提高半導體薄膜太陽電池光吸收，通過設計不同的薄膜陽極結構，并對其進行相關光電性能測試與表征，進而對薄膜結構進行優(yōu)化，以獲得性能最優(yōu)的金屬等離激元調節(jié)半導

2、體薄膜太陽電池光陽極結構。主要研究內容及結果如下:
　　1.利用電化學方法在ITO導電玻璃表面沉積金納米粒子，然后再沉積CdSe量子點，制得ITO/Au/CdSe復合多孔薄膜。一定尺寸、一定密度的金納米粒子可作為光散射元素，將太陽光聚集并限制到CdSe吸收層內，增加了光吸收;并且當金納米粒子之間距離合適時，可以激發(fā)局域表面等離激元共振效應，增加了鄰近CdSe對光的吸收，進而產生更多的光生電子和空穴，提高光電流。另外，金納米粒子利于

3、電子傳輸，也進一步提高光電流。光電性能測試結果表明，當沉積時間為300s時，單層ITO/Au300/CdSe復合多孔陽極的光電流和光電壓最大。在此基礎上通過重復不同次數的制備過程構筑了多層的ITO/(Au/CdSe)n(n=1～5)復合薄膜，并對其進行表征及性能測試。結果表明當復合薄膜的層數為4時，所得復合薄膜的光電性能最優(yōu)。這是因為一定厚度的吸收層能夠吸收更多的太陽光從而提高其光電性能。但是如果吸收層太厚時，薄膜的多孔性降低。這阻礙了

4、電解液的滲入，使電子的傳輸受阻。
　　2.采用電化學方法結合連續(xù)離子層吸附與反應法(SILAR)制備了CdS量子點敏化Au/TiO2復合多孔薄膜。探究了金納米粒子在復合薄膜中位置對電池光電性能的影響，實驗結果證明，復合薄膜結構FTO/Au/TiO2/CdS具有最佳的光電性能。這是因為底層的金納米粒子由于光散射作用增加了光在薄膜中的有效傳播路徑，而且金納米粒子與鄰近TiO2之間的近場耦合效應有效增加了TiO2周圍的有效吸收截面。再加

5、上底層的金納米粒子有利于CdS敏化TiO2復合薄膜中電子的傳輸，進一步提高薄膜電池的光電性能。在此基礎上通過調整CdS的厚度測試樣品性能，獲得具有最優(yōu)光電性能的CdS的最適宜厚度為循環(huán)沉積7次CdS。這主要是因為CdS厚度適當增加時，光吸收增加，產生的電子空穴增多，光電流增加。但是，當CdS厚度太大時，不利于電解液的注入而導致光電流和光電壓降低。
　　3.采用水熱法制備了一維TiO2納米棒陣列，探究了鹽酸的濃度對TiO2納米棒形貌

6、的影響，得出當鹽酸濃度為7.0mol/L時，得到的TiO2納米棒排列規(guī)整、疏密度適中。在此基礎上通過電化學方法沉積金納米粒子，然后再沉積CdSe量子點制備成FTO/TiO2(NR)/Au/CdSe復合薄膜。以不含金納米粒子的FTO/TiO2(NR)/CdSe復合薄膜作為對比，測試不同薄膜的光電性能。結果顯示，在CdSe量子點敏化TiO2復合薄膜中加入金納米粒子，不僅增強了CdSe量子點敏化TiO2復合薄膜的光吸收，而且大大提高了其光電性