论文部分内容阅读
近年来,胶体量子点（CQDs）因其可溶液加工制备、禁带宽度可调和多激子产生效应等特性,日益受到人们的广泛关注。特别是PbS等IV-VI族量子点因其光吸收范围可拓展至近红外光区,在太阳能电池器件应用方面尤其受到关注。PbS等胶体量子点电池的性能与其内部载流子的产生、转移、输运和抽取等动力学行为和过程密切相关,而这些动力学行为和过程又与器件中各功能层的表界面性质和能级结构直接相关。传统的平面异质结器件有源层厚度在200300 nm之间,限制了太阳能电池对太阳光的充分利用。针对以上问题,本文以Pb S量子点作为薄膜电池有源层,研究了不同粒径量子点和不同配体处理的量子点其对异质结电池性能的影响;以金红石TiO2纳米棒作为电子传输层,分析了Pb S量子点/TiO2纳米棒异质结器件性能。主要研究工作有以下两方面内容:1.以双（三甲基硫化硅）为硫源,PbO为铅源,采用热注入法制备出了粒径在2.64.5 nm的胶体PbS量子点。通过循环伏安测试和吸收光谱测试,确定了有机配体（油酸）和原子配体（四正丁基碘化铵,TBAI）钝化的不同粒径PbS量子点的导带和价带能级,并研究了量子点尺寸对PbS/TiO2异质结电池（空气气氛中制备）性能的影响。结果表明,当PbS量子点尺寸从2.6 nm增加至4.5 nm时,油酸包覆PbS量子点的导带底从-3.67 eV减小到-4.0 eV,价带顶从-5.19 eV增加到-4.97 eV;而对于TBAI配体置换的PbS量子点,其导带底和价带顶则分别从-4.15 eV和-5.61 eV变化至-4.51 eV和-5.46 eV;粒径为3.9 nm的PbS量子点所制备的电池性能最优,其能量转化效率达到2.34%,这可归因于其适宜的禁带宽度、结晶质量和良好的PbS/TiO2界面能级匹配度。相比于有机分子配体（3-巯基丙酸）,利用原子配体的PbS量子点薄膜,由于卤素原子对量子点有着更高效的钝化保护作用,展现了更高的空气稳定性。2.利用水热合成法,在不同条件下制备了TiO2纳米棒。使用紫外-可见-近红外分光光度计、X-射线衍射仪、扫描电子显微镜等分析了TiO2纳米棒的光学性质、晶体结构和形貌。着重分析了水热生长浓度、反应时间和温度对TiO2纳米棒生长的影响,同时研究了不同长度TiO2纳米棒对异质结电池性能的影响。结果表明,利用约0.6μm的TiO2纳米棒制备的异质结电池性能最高,这可归因于其由适宜厚度的三维异质结区和量子点覆盖层所组成的有源层保证了电池对太阳光的充分吸收和光生载流子的高效转移。本工作的研究结果将有助于进一步加深量子点表面性质对其能带结构和电池性能影响机理的理解,也将为通过构筑三维异质结结构、进一步优化提高量子点电池性能奠定基础。