硒化鎘納米帶-納米線的可控合成及太陽電池應用.pdf

1、隨著無機半導體納米材料制備工藝的日益成熟,它們在基礎研究和科技應用方面扮演著越來越重要的角色。硒化鎘是II-IV族直接帶隙半導體,室溫下禁帶寬度為1.74 eV,與可見光波段具有很好的匹配,在光探測器、太陽電池、發(fā)光二極管、場效應晶體管、場發(fā)射等方面具有廣闊的應用前景。本論文基于新型硒化鎘納米材料的可控合成,并將其與碳納米管或石墨烯結合,制備并研究了碳納米管-硒化鎘納米帶和石墨烯-硒化鎘納米帶的肖特基結太陽電池,并且探索了新型平面及纖維

2、太陽電池結構,研究了其性能。
　　采用化學氣相沉積法,基于氣-液-固生長機理,成功制備出硒化鎘納米線陣列和長度為毫米量級的單晶硒化鎘納米帶。納米材料的結構可以通過反應溫度和載氣類型等工藝參數(shù)控制。制備的硒化鎘納米材料光學性質優(yōu)良,光吸收截止波長在710 nm,對可見光波段具有較好的吸收。在電學性質方面,硒化鎘納米帶表現(xiàn)出n型半導體的性質,具有光響應。
　　通過碳納米管或石墨烯薄膜覆蓋在硒化鎘納米帶的一端并形成良好的接觸界面,

3、制備了硒化鎘納米帶-碳納米管或石墨烯薄膜肖特基結太陽電池。太陽電池的工作機理是,光照時硒化鎘納米帶吸收光子,產生受激電子-空穴對;通過硒化鎘納米帶與碳納米管或石墨烯薄膜構成的肖特基結,實現(xiàn)電子-空穴對的拆分;硒化鎘納米帶傳導并收集電子,碳納米管或石墨烯薄膜傳導并收集空穴,完成光電轉換過程。在標準輻照條件下(AM1.5G,100 mW/cm2),單根硒化鎘納米帶-碳納米管薄膜微型太陽電池和單根硒化鎘納米帶-石墨烯薄膜微型太陽電池的光電轉換

4、效率分別為0.7％和0.1%。作者系統(tǒng)研究了正極材料和電極間距對太陽電池性能的影響。通過控制硒化鎘納米帶、碳納米管薄膜和石墨烯薄膜的數(shù)量和位置構建了不同的電池結構,分析了其機理。這些電池結構的實現(xiàn),說明該電池模型具有制備平面結構及串并聯(lián)太陽電池的潛力。
　　分別使用碳納米管薄膜和碳納米管紡絲作為對電極與鈦絲基底上的硒化鎘納米線陣列,制備了硒化鎘納米線陣列-碳納米管薄膜或紡絲纖維太陽電池。在纖維電池中,生長有硒化鎘納米線陣列的鈦絲作

5、為主電極,硒化鎘納米線陣列作為吸光材料,與目前報道的染料敏化纖維太陽電池相比,不需要再進行染料的吸附,簡化了制備工藝和電池結構。工作時,加入多硫電解液(2 M Na2S、2 M KOH、2 M S),形成光電化學太陽電池。電子-空穴對主要通過S2-與Sn2-在電解液中的反應實現(xiàn)快速拆分和傳輸。硒化鎘納米線陣列-碳納米管薄膜和硒化鎘納米線陣列-碳納米管紡絲纖維太陽電池在標準輻照條件下的光電轉換效率分別為2.3%和2.9%,并且在大角度彎曲