环境友好型CuInS2量子点的合成及在介孔太阳电池中的应用

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量子点敏化太阳电池和钙钛矿太阳电池作为新型高效介孔太阳电池具有广阔的应用前景。无机半导体量子点作为量子点敏化太阳电池(QDSCs)的光敏化剂,是QDSCs关键组成部分之一,对该类电池的性能有着举足轻重的作用;而钙钛矿太阳电池(PSCs)中的空穴传输材料(HTM)作为空穴导体,决定着钙钛矿中空穴传输的速度,影响着PSCs的光电转换效率。本论文研究的重点是采用预合成法制备出三元环境友好型CuInS2量子点,通过优化量子点的表面缺陷态,提高介孔太阳电池的性能。  我们采用预合成方法合成含有两种表面配体(DDT和OAm)的CuInS2量子点,并研究了阳离子交换对QDs-OAm表面态的影响。从胶体量子点的光吸收性能、形貌结构等方面出发,研究了配体的量对预合成量子点尺寸的影响。通过研究不同配体对量子点形貌的影响,表明配体与量子点表面化学键的强弱对量子点的形貌有着决定性的作用。通过对CuInS2量子点进行阳离子交换,发现其荧光强度和紫外·可见吸收强度都有明显的提高,特别是荧光强度十分明显,但量子点形貌并无变化。主要原因是,量子点表面缺陷减少,使量子点的光学性能得到提升。  鉴于目前对CuInS2量子点敏化太阳电池的研究不够全面,我们分别从敏化剂、TiO2形貌及光阳极方面对其进行了系统的分析研究。预合成CuInS2量子点表面的长链配体被短链配体取代后对QDSCs性能的影响;在TiO2多孔薄膜吸附了CuInS2量子点敏化剂制各成光阳极,在量子点表面沉积不同包覆层后,分析了不同包覆层对太阳电池光电性能的影响;研究形貌对量子点敏化太阳电池性能的影响后,发现较高比表面积和粗糙度的TiO2颗粒有利于量子点的吸附使得电池效率提高;通过研究薄膜厚度对固态敏化太阳电池性能的影响,发现优化TiO2薄膜厚度对该类电池的性能有重要的作用,并得到优化的TiO2薄膜厚度。  为了拓展CuInS2量子点在太阳电池中的应用,我们采用价格低廉且易合成的胶体无机量子点CuInS2作为HTM,应用在PSCs中,并研究了TiO2/CH3NH3PbI3/CuInS2的光学性能和电池的光电性能,展现出胶体无机量子点CuInS2作为HTM的潜能。另外,阳离子交换技术对CuInS2量子点进行表面修饰形成CuInS2/ZnS核/壳结构提高CuInS2量子点的空穴传输能力,研究了其交流电化学阻抗谱,结果表明CuInS2/ZnS核/壳结构的QDs与TiO2的界面复合电阻比CuInS2QDs与TiO2界面复合电阻大,说明对CuInS2量子点进行表面修饰后加速了空穴向对电极的Au的转移,并减缓了TiO2与CuInS2之间的电荷复合,进而使得电池的光电转换效率获得较大水平的提高。
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