Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族半导体量子点的制备及其敏化太阳能电池性能的研究

【摘要】：I-III-VI族半导体纳米晶,是一类由I族(Cu,Ag),III族(Ga,In),VI族(S,Se)等元素组成的材料。大都是直接窄带隙半导体,其中,Cu InS2,Cu InSe2带隙分别为1.5ev和1.04ev,与太阳光谱匹配,是性能优异的太阳电池光吸收层材料。当材料的尺寸与其激子半径相当时会表现出量子限域效应,在量子点敏化太阳能电池(QDSC)领域极具潜力。目前,合成量子点敏化剂的方法主要归纳为预合成法和原位合成法两种。本文主要制备了Cu2S/FTO对电极和I-III-VI量子点敏化剂,并研究了其在QDSC中的应用。概括如下:1.采用前驱体分解法合成Cu2S,将其分散于有机溶剂中形成墨水,然后滴涂于FTO导电玻璃上形成纳米晶薄膜,用热处理的方法去除表面配体,制成Cu2S/FTO对电极;以CdS敏化的TiO2多孔薄膜作光阳极,Cu2S/FTO为对电极,多硫电解液作氧化还原电对,组装电池测试其性能(J-V和IPCE),结果表明,其效率远高于用铂作对电极的电池,最高效率接近3%。2.采用液相法制备了CuInS2/CdS核壳量子点以及CuInSexS2-x合金量子点,用TEM、UV、PL、XRD、ICP-OES等手段对材料进行各项表征,通过电泳沉积(EPD)或者双官能团分子连接法(linker-assited)将量子点沉积到TiO2多孔薄膜上,组装电池测试其性能。研究表明,在CuInS2量子点表面包覆一层CdS壳层可以提高其荧光性能和电池的性能,制得的Cu InS2-QDs敏化太阳电池的光电转换效率最高可达1.17%。CuInSexS2-x合金量子的QDSC光响应范围增大,电池性能和外量子效率提高。 【关键词】：I-III-VI量子点 量子点敏化太阳能电池 Cu2S/FTO对电极
【学位授予单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4;O646.54
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 量子点概述10-11
• 1.1.1 量子效应10-11
• 1.1.2 量子点的特性11
• 1.2 量子点的分类11-13
• 1.2.1 按半导体量子点的元素组成分类11
• 1.2.2 按半导体量子点的结构组成分类11-13
• 1.3 量子点的合成与敏化13-16
• 1.3.1 原位化学沉积法14-15
• 1.3.2 双官能团有机小分子辅助沉积法15
• 1.3.3 电泳沉积法15-16
• 1.3.4 其他沉积方法16
• 1.4 量子点在太阳能电池中的应用16-23
• 1.4.1 量子点敏化太阳能电池的结构与组成16-20
• 1.4.2 量子点敏化太阳能电池的工作原理20-21
• 1.4.3 界面处理21-22
• 1.4.4 量子点敏化太阳能电池的研究现状22-23
• 1.5 本论文的研究意义与研究内容23-26
• 第二章 Cu_2S对电极的制备及其应用26-40
• 2.1 引言26-27
• 2.2 实验部分27-29
• 2.2.1 实验药品27
• 2.2.2 实验仪器27-28
• 2.2.3 实验过程28-29
• 2.3 实验结果与讨论29-37
• 2.3.1 Cu_2S、Ag_2S纳米颗粒29-32
• 2.3.2 Cu_2S/FTO对电极32-33
• 2.3.3 Cu_2S/FTO作对电极的电池性能初探33-37
• 2.4 本章小结37-40
• 第三章 CuInS_2量子点敏化太阳能电池40-54
• 3.1 引言40-41
• 3.2 实验部分41-44
• 3.2.1 实验药品41-42
• 3.2.2 实验仪器42
• 3.2.3 实验过程42-44
• 3.3 实验结果与讨论44-52
• 3.3.1 油胺和硫醇作配体的CuInS_2量子点44-46
• 3.3.2 不同linker连接量子点对QDSC性能的影响46-47
• 3.3.3 CuInS_2/CdS核壳量子点的制备及其QDSC性能47-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第四章 CuInSe_xS_(2-x)合金量子点敏化太阳能电池54-66
• 4.1 引言54-55
• 4.2 实验部分55-57
• 4.2.1 实验药品55
• 4.2.2 实验仪器55-56
• 4.2.3 实验过程56-57
• 4.3 实验结果与讨论57-64
• 4.4 本章小结64-66
• 第五章 结论与展望66-68
• 5.1 结论66
• 5.2 展望66-68
• 参考文献68-76
• 致谢76-78
• 攻读硕士学位阶段发表的学术论文78

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