硫?qū)侔雽?dǎo)體的制備及在太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用.pdf

1、在當(dāng)今化石燃料日漸枯竭的前提下,可再生清潔能源的開(kāi)發(fā)和利用已經(jīng)成為了當(dāng)今人類(lèi)的一個(gè)共同話題,太陽(yáng)能電池也應(yīng)運(yùn)而生。在各種太陽(yáng)能電池中,各類(lèi)敏化太陽(yáng)能電池由于其光電轉(zhuǎn)化性能好,價(jià)格低廉,制作方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出。在納米晶敏化類(lèi)太陽(yáng)能電池的各部分中,敏化劑的優(yōu)化可以提高光電轉(zhuǎn)化效率,對(duì)電極的開(kāi)發(fā)可以在高效的前提下降低電池成本。為了推進(jìn)納米晶敏化太陽(yáng)能電池的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)程,本文從敏化劑的角度對(duì)納米晶敏化太陽(yáng)能電池進(jìn)行了研究,并簡(jiǎn)單嘗試

2、了低成本對(duì)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(wú)保護(hù)的空氣環(huán)境下通過(guò)簡(jiǎn)單低廉的水相反應(yīng)合成亞穩(wěn)態(tài)的纖維鋅礦CuInS2納米晶顆粒。我們通過(guò)XRD,XPS,EDS,TEM等測(cè)試手段對(duì)合成的納米晶顆粒的結(jié)構(gòu),元素組成以及微觀形貌進(jìn)行了表征。并且通過(guò)UV-vis光譜,表面光電壓以及I-V曲線測(cè)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(jiàn)光以及近紅外范圍內(nèi),纖維鋅礦CuIn

3、S2納米晶的吸收強(qiáng)度要比相同條件下測(cè)試的黃銅礦結(jié)構(gòu)CuInS2納米晶的吸收強(qiáng)度要高。通過(guò)吸收帶邊長(zhǎng)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(yáng)能電池吸收材料的最佳禁帶寬度。在可見(jiàn)光范圍內(nèi)良好的表面光電壓以及I-V曲線性質(zhì)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(lǐng)域的潛在利用價(jià)值。因此,我們?cè)跓o(wú)任何保護(hù)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(wú)有機(jī)大

4、分子基團(tuán),光電性質(zhì)良好的亞穩(wěn)態(tài)纖維鋅礦CuInS2納米晶。并且簡(jiǎn)單的操作以及低廉的成本也增加了本章工作在太陽(yáng)能電池方面的潛在應(yīng)用價(jià)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(jié)構(gòu)的CuInS2納米晶作為研究對(duì)象,并通過(guò)滴涂的方法在導(dǎo)電玻璃基底上制成CuInS2薄膜,并分別作為染料敏化太陽(yáng)能電池的對(duì)電極材料。經(jīng)過(guò)XRD分析我們發(fā)現(xiàn)后期不同退火溫度對(duì)CuInS2納米晶薄膜晶體結(jié)構(gòu)會(huì)有很大影響。通過(guò)SEM的測(cè)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(jié)構(gòu)的CuInS2納米晶薄膜作為染料敏化太陽(yáng)能電池的對(duì)電極,并最終測(cè)試其光電性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩種結(jié)構(gòu)的CuInS2薄膜與鉑電極的光電轉(zhuǎn)換效率幾乎相當(dāng),表明了作為一種低廉的材料CuInS2在未來(lái)有可能會(huì)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(jié)合TiO2納米棒陣列光陽(yáng)極最終組裝納米晶敏化太陽(yáng)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(duì)QDSSC中傳輸電子的性能進(jìn)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(yáng)極材料,大大提高了導(dǎo)電性和電子傳輸性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yáng)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(lái)提高納米晶敏化太陽(yáng)能電池的光伏性能。

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