论文部分内容阅读
为解决能源危机和日益恶化的环境问题,开发清洁能源得到人们广泛认同,太阳能被认为是一种取之不尽,用之不竭的可再生清洁能源,对其开发和利用得到社会各界纷纷响应。能把太阳能转化为电能的光伏器件——太阳电池近年来得到迅猛发展。其中,胶体量子点由于可实现低温溶液法大量合成、禁带宽度可调及潜在的多激子效应等三大特点一直在光伏领域占有一席之地。该领域当前的大部分研究工作主要集中在优化材料合成、配体钝化工艺以及薄膜制备方法等方向。然而窗口层作为太阳电池PN结的重要组成部分,对载流子分离和传输起着关键性作用,而这方面的研究报道相对较少。因而对量子点太阳电池窗口层的研究十分必要。硫化铅（PbS）是量子点太阳电池体系中发展较为成熟的一种材料,其电池最高转化效率已达到了11.3%。该体系电池最经典的结构是:ITO/透明氧化物/PbS-TBAI/PbS-EDT/Au。本课题组经过调研发现ZnO薄膜是PbS量子点太阳电池中应用最为广泛的窗口层材料,但对该薄膜基本制备工艺的相关研究较少。本课题针对不同的ZnO薄膜厚度及对应PbS电池器件进行了系统研究,发现适当的ZnO膜厚及后续退火会对其表面缺陷和掺杂浓度产生显著影响,进而影响电池PN结界面的载流子复合和耗尽区的拓展情况,最终对器件性能产生影响,其中90 nm的ZnO薄膜所制作的电池器件得到最高效率。为了进一步提高器件性能,我们首次将SnO2薄膜引入PbS量子点电池中,将其作为ZnO窗口层材料替换。通过对薄膜进行系统表征,我们发现SnO2相较于ZnO薄膜有更大的禁带宽度和更高的电子迁移率以及更少的缺陷浓度,同时,我们制作的SnO2-PbS电池器件得到了相比ZnO器件更高的器件效率。而且SnO2薄膜采用简单易行的溶胶凝胶法在低温下制备,将其作为新型窗口层材料用于PbS量子点太阳电池具有较好的应用前景。同时本课题拓展了传统氧化物半导体作为窗口层的应用范畴,将PMDPP3T:PCBM有机子电池作为窗口层,并将其与PbS量子点电池组合制作了叠层电池器件。通过一系列结构优化,叠层器件不仅更好弥补了PbS量子点单节电池的光吸收,同时采用叠层电池也提高了器件的开路电压,解决了PbS太阳电池开路电压较低的难题,并获得了比单结太阳电池更好的效率。