论文部分内容阅读
从第一代硅太阳能电池的研究开始,太阳能电池已经经历了一代又一代的大量改进工程,而量子点敏化太阳能电池(QDSCs)以其良好的光电性能成为第三代太阳能电池中最受关注的电池之一。量子点(QDs)具有尺寸可调和高消光系数等良好的光电特性,被证明是低成本和高性能应用的理想候选者之一。分析近二十年来的研究进展可知,人们广泛研究了 CdS、CdSe、PbS和PbTe等二元量子点,但是量子点中镉和铅等重金属对环境污染严重,所以低毒性的三元量子点也逐渐被广泛开发研究,如Cu-In-Se、Cu-In-S等。而近五年间四元合金化QDs以其简单的制作步骤和高的光电转换效率走进研究者的视野,如Zn-Cu-In-S、Zn-Cu-In-Se等,四元合金化QDs相较于二元、三元QDs,还有着低毒性、环保和高效率等优势。目前,Zn-Cu-In-S合金QDs的电池虽然获得了不错的效率,但是QDs敏化剂表面依然存在许多缺陷,这直接导致界面载流子还未传至外电路就已被缺陷捕获并复合。因此,为了解决当前面临的这些问题,本文主要研究了对ZCIS合金化QDs的钝化来减少QDs的表面缺陷密度,从而提高电池的光电转换效率(PCE)。同时,电池中对电极的催化性能也是影响电池效率的又一大因素,所以本文对提高对电极催化性能方面也展开了研究。本论文研究工作如下:1、通过热注入法合成ZCIS QDs,并成功制备了硅钝化的ZCIS QDs。将QDs配体交换后负载到介孔TiO2薄膜上,与Cu2S纳米线对电极和聚硫电解液组装成QDSCs,通过XRD、TEM和EIS等表征手段对其进行表征。经钝化之后的QDs敏化剂表面的缺陷态密度降低,提升了电子注入TiO2导带的速率,并且有效抑制了光生载流子在QDs/TiO2/电解液界面处的电荷重组。钝化后的QDSCs的PCE达到4.89%,较钝化前的 QDSCs 的 PCE 3.27%提升了 49.5%。2、通过一种特殊的方法合成了Cu2S纳米线对电极,即先碱性刻蚀黄铜片表面,合成Cu(OH)2纳米线阵列,氩气氛围高温退火成Cu2O纳米线,最后硫化得到Cu2S纳米线。并将其作为对电极与硅钝化ZCIS QDs光阳极、聚硫电解液组装成QDSCs,通过对其进行SEM、TEM和电流-电压(J-V)特性曲线等表征,分析得出PCE提高的原因可能是因为Cu2S纳米线对电极与电解液的反应接触面积增大,催化活性位点增多,从而提高了对电解液的催化能力和短路电流密度(Jsc)。