PbS、FeS2納米晶光電性能及在薄膜太陽能電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、太陽能作為一種綠色可再生能源，取之不盡、用之不竭。利用太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能供人類所用，將有望解決日益嚴(yán)重的能源問題。傳統(tǒng)硅電池存在制造工藝復(fù)雜、電能價格高等問題，限制了其大規(guī)模推廣利用。近年來，以高效率、低成本為目標(biāo)的新型太陽能電池研究發(fā)展迅速。其中，PbS量子點太陽能電池具有可溶液工藝制備和潛在的多激子產(chǎn)生效應(yīng)等特點，有望能在降低制備成本的同時提高電池的能量轉(zhuǎn)化效率，從而引起人們的廣泛興趣。然而PbS量子點太陽能電池目前通常采

2、用“平面”異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，由于量子點薄膜中載流子擴散長度的限制，“平面”異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)使電池中的光吸收層厚度通常被限制在200 nm左右，不利于電池對太陽光的充分吸收和光生載流子收集效率的提高。為了解決上述問題，本工作提出并制備了“三維”異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)量子點太陽能電池，結(jié)合電池性能測試結(jié)果，比較分析了“三維”異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和“平面”異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)對電池性能的影響。
　　盡管PbS量子點太陽能電池的效率不斷提高，但鉛具有毒性，由此可能引發(fā)的環(huán)境問題將限

3、制它們的實際應(yīng)用和推廣，為此本工作對環(huán)境友好型黃鐵礦(FeS2)材料進(jìn)行了研究，在合成黃鐵礦納米晶材料基礎(chǔ)上，研究了其光電性質(zhì)及表面配體對其光電性能的影響，以期為進(jìn)一步利用其制備薄膜太陽能電池提供基礎(chǔ)。
　　本文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)利用三種不同的籽晶層前驅(qū)液，即氧化鋅溶膠、鋅鹽水溶液和氧化鋅納米粒子溶液，在ITO襯底上通過化學(xué)浴沉積方法(CBD)制備出了一維氧化鋅納米棒陣列薄膜，并在所制備的氧化鋅納米棒陣列薄膜上構(gòu)筑

4、了具有“三維”(3D)異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的PbS量子點太陽能電池。利用掃描電鏡、X射線衍射和透射光譜等研究了籽晶層對氧化鋅納米棒陣列薄膜形貌、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響;結(jié)合電池性能測試結(jié)果，比較分析了“三維”異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和“平面”異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)對電池性能的影響。結(jié)果表明:在以鋅鹽水溶液為前驅(qū)液得到的籽晶層上生長的氧化鋅納米棒陣列薄膜的取向性最好，氧化鋅溶膠次之，納米粒子的最差;在以鋅鹽水溶液和氧化鋅溶膠為前驅(qū)物得到的籽晶層上生長2小時的樣品透射率在80％

5、左右;與“平面”異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)PbS量子點電池相比，基于氧化鋅納米棒陣列薄膜制備的“三維”異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)電池的短路電流可提高40％，表明了“三維”異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)有利于載流子的分離和輸運。
　　(2)在合成黃鐵礦FeS2納米晶的基礎(chǔ)上，利用紫外-可見-近紅外吸收光譜，循環(huán)伏安測試和Ⅰ-Ⅴ特性曲線測試技術(shù)，分析了不同配體對黃鐵礦FeS2納米晶及其薄膜光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)的影響。循環(huán)伏安測試表明黃鐵礦FeS2納米晶的電子親和能和離子勢具有很強的配體依