硒化鎘納米帶-納米線的可控合成及太陽電池應(yīng)用.pdf

1、隨著無機(jī)半導(dǎo)體納米材料制備工藝的日益成熟,它們?cè)诨A(chǔ)研究和科技應(yīng)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(dǎo)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(cè)器、太陽電池、發(fā)光二極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、場(chǎng)發(fā)射等方面具有廣闊的應(yīng)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(jié)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(jié)太陽電池,并且探索了新型平面及纖維

2、太陽電池結(jié)構(gòu),研究了其性能。
　　采用化學(xué)氣相沉積法,基于氣-液-固生長(zhǎng)機(jī)理,成功制備出硒化鎘納米線陣列和長(zhǎng)度為毫米量級(jí)的單晶硒化鎘納米帶。納米材料的結(jié)構(gòu)可以通過反應(yīng)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(xué)性質(zhì)優(yōu)良,光吸收截止波長(zhǎng)在710 nm,對(duì)可見光波段具有較好的吸收。在電學(xué)性質(zhì)方面,硒化鎘納米帶表現(xiàn)出n型半導(dǎo)體的性質(zhì),具有光響應(yīng)。
　　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(jié)太陽電池。太陽電池的工作機(jī)理是,光照時(shí)硒化鎘納米帶吸收光子,產(chǎn)生受激電子-空穴對(duì);通過硒化鎘納米帶與碳納米管或石墨烯薄膜構(gòu)成的肖特基結(jié),實(shí)現(xiàn)電子-空穴對(duì)的拆分;硒化鎘納米帶傳導(dǎo)并收集電子,碳納米管或石墨烯薄膜傳導(dǎo)并收集空穴,完成光電轉(zhuǎn)換過程。在標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)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(duì)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(gòu)建了不同的電池結(jié)構(gòu),分析了其機(jī)理。這些電池結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn),說明該電池模型具有制備平面結(jié)構(gòu)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(duì)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(zhǎng)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(bào)道的染料敏化纖維太陽電池相比,不需要再進(jìn)行染料的吸附,簡(jiǎn)化了制備工藝和電池結(jié)構(gòu)。工作時(shí),加入多硫電解液(2 M Na2S、2 M KOH、2 M S),形成光電化學(xué)太陽電池。電子-空穴對(duì)主要通過S2-與Sn2-在電解液中的反應(yīng)實(shí)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(biāo)準(zhǔn)輻照條件下的光電轉(zhuǎn)換效率分別為2.3%和2.9%,并且在大角度彎曲