【摘 要】
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能源与环境问题已成为当下的主要议题,太阳能电池是解决这一问题的关键。硫化铅（PbS）量子点具有带隙可调、低成本制备和多激子产生效应等优点,被视为极具前景的光伏材料,基于PbS量子点的太阳能电池可以捕获和利用低能红外光子,既可以满足单结太阳能电池的需求,也可与传统电池组成叠层结构电池,从而弥补常规太阳能电池光谱利用方面的不足,有望显著提升太阳光的利用效率。然而,大尺寸PbS红外量子点合成尺寸分布不可
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能源与环境问题已成为当下的主要议题,太阳能电池是解决这一问题的关键。硫化铅（PbS）量子点具有带隙可调、低成本制备和多激子产生效应等优点,被视为极具前景的光伏材料,基于PbS量子点的太阳能电池可以捕获和利用低能红外光子,既可以满足单结太阳能电池的需求,也可与传统电池组成叠层结构电池,从而弥补常规太阳能电池光谱利用方面的不足,有望显著提升太阳光的利用效率。然而,大尺寸PbS红外量子点合成尺寸分布不可控,由于固有的形貌特征,表面缺陷较多,配体结合不牢固,量子点间电学耦合较弱,严重影响太阳能电池效率。针对上述难题,为抑制缺陷,提高太阳能电池效率,本文从量子点源头出发,创新地提出了基于奥斯特瓦尔德熟化机制的改进合成方案,通过合理控制PbS量子点生长的动力学与热力学之间的平衡,获得了高度单分散、缺陷较少和钝化较好的PbS量子点。在1280 nm峰位峰谷比高达9.0,半峰全宽仅为65 nm,是文献报道的最好值。PbS量子点在空气中放置150天之后,吸收光谱没有明显变化,具有优异的稳定性。基于优化的PbS量子点,采用改良的液相配体交换策略制备成膜,构建PbS量子点红外太阳能电池,获得了国际领先的红外太阳能电池效率,在AM 1.5条件下,效率高达10.03%,经过1100 nm长通滤光片过滤后的红外效率高达1.29%。采用SCAPS软件建立了PbS量子点太阳能电池模型,基于实验所得的参数,对各功能层进行仿真模拟,研究了PbS-IBr光敏层的厚度、迁移率和缺陷态密度对器件性能的影响,合适的厚度取决于耗尽区宽度和扩散长度,迁移率越高、缺陷态密度越低,能量转换效率越高。PbS-EDT层和Zn O层掺杂浓度的变化会引起能带的弯曲,对填充因子产生一定影响,最终导致效率的变化。基于仿真,提出了改进量子点红外太阳能电池性能的方案。
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