CulnS2量子點(diǎn)的制備及其聚合物太陽(yáng)電池性能的研究.pdf

1、由有機(jī)共軛聚合物和無(wú)機(jī)納米材料形成的雜化聚合物太陽(yáng)電池由于兼具有機(jī)和無(wú)機(jī)材料的雙重優(yōu)點(diǎn)，是一種低價(jià)、可大面積使用的太陽(yáng)電池。然而，共軛聚合物的吸收光譜較窄是影響電池效率的一個(gè)主要因素。為了提高該類器件效率，可以將無(wú)機(jī)半導(dǎo)體量子點(diǎn)與聚合物結(jié)合形成雜化材料，從而使得有機(jī)、無(wú)機(jī)材料形成吸收互補(bǔ)。CuInS2的帶隙是1.5eV，與太陽(yáng)光譜相匹配，具有較大的吸收系數(shù)及低毒性，是一種理想的太陽(yáng)電池光吸收材料。本文合成了不同晶型及粒徑的CuInS2量

2、子點(diǎn)(CuInS2-QDs)，系統(tǒng)研究基于CuInS2量子點(diǎn)的體型異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)電池中結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性。主要結(jié)論如下:
　　 1.通過(guò)溶劑熱的方法合成了閃鋅礦CuInS2-QDs并應(yīng)用于聚合物太陽(yáng)電池中。選擇4-溴苯硫酚作為還原劑及封蓋配體，通過(guò)CuCl2，InCl3，4-溴苯硫酚及Na2S形成的可溶性的有機(jī)鈉鹽作為中間體的溶劑熱分解過(guò)程合成了2-4nm的CuInS2-QDs。由于量子點(diǎn)與聚合物之間具有匹配的能級(jí)，量子點(diǎn)能有

3、效地淬滅聚（2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-對(duì)苯乙炔）(MEH-PPV)的熒光。基于上述特征，制作了MEH-PPV/CuInS2-QDs雜化太陽(yáng)電池器件，器件在300-900nm區(qū)間具有光譜響應(yīng)。結(jié)果表明，CuInS2-QDs作為一種有效的電子受體及電荷傳輸材料，能分離聚合物及量子點(diǎn)上的激子;進(jìn)一步對(duì)量子點(diǎn)表面進(jìn)行配位基交換，顯著提高了MEH-PPV/CuInS2-QDs器件的性能。
　　 2.使用溶劑熱法控制性地合

4、成了不同粒徑的黃銅礦CuInS2-QDs并闡述了MEH-PPV/CuInS2-QDs太陽(yáng)電池性能與量子點(diǎn)尺寸的相關(guān)性。通過(guò)改變?nèi)軇岬姆磻?yīng)時(shí)間，尤其是控制結(jié)晶過(guò)程中In3+的緩釋，可以有效地將CuInS2-QDs的尺寸控制在3.2-5.4nm。量子點(diǎn)尺寸的變化導(dǎo)致其帶隙發(fā)生了明顯的變化;此外，不同粒徑的量子點(diǎn)對(duì)MEH-PPV的熒光淬滅性能也有明顯的影響。在MEH-PPV/CuInS2-QDs雜化太陽(yáng)電池中，器件具有300-900nm的光

5、譜響應(yīng)，量子點(diǎn)粒徑的減小使得太陽(yáng)電池具有更高的開路電壓(Voc)及短路電流(Jsc）;并且，器件的Voc和聚合物的最高分子已占軌道(HOMO)能級(jí)與CuInS2的導(dǎo)帶能級(jí)的差值線性相關(guān)。
　　 3.在氧化物納米陣列上沉積CuInS2殼層形成異質(zhì)核-殼結(jié)構(gòu)納米陣列，闡述了CuInS2殼層對(duì)氧化物基聚合物太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換性能的影響。以TiO2納米棒陣列(TiO2-NA)為模板，通過(guò)調(diào)節(jié)溶劑熱的反應(yīng)時(shí)間，控制性地在TiO2納米棒表面沉

6、積不同厚度的閃鋅礦CuInS2-QDs殼層，得到異質(zhì)核-殼結(jié)構(gòu)納米陣列(TiO2-CuInS2-NA)。由于CuInS2殼層的輔助光吸收作用及MEH-PPV/CuInS2界面的存在，使得TiO2-CuInS2-NA較TiO2-NA具有更強(qiáng)的光吸收能力及淬滅MEH-PPV熒光的能力。以TiO2-CuInS2-NA與MEH-PPV制作的MEH-PPV/TiO2-CuInS2-NA太陽(yáng)電池，在300-900nm具有光譜響應(yīng)，該寬光譜吸收器件較

7、MEH-PPV/TiO2-NA太陽(yáng)電池具有更高的Jsc及η，以8nm厚的CuInS2-QDs殼層制作的器件η為1.79％(AM1.5)。
　　 4.制備了聚合物-CuInS2雜合光吸收材料并研究了該雜合材料與氧化物基聚合物太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換性能的相關(guān)性。將不同晶型及粒徑的CuInS2-QDs與MEH-PPV在有機(jī)溶劑中共混形成MEH-PPV-CuInS2雜合材料，CuInS2-QDs在雜合材料中可以有效地團(tuán)聚，形成互穿網(wǎng)絡(luò)通道。以