新型無機(jī)半導(dǎo)體納米材料的制備及在太陽能電池中的應(yīng)用研究

【摘要】：本論文著眼于新型納米材料的制備及在異質(zhì)結(jié)太陽能電池的探索,合成幾種半導(dǎo)體納米材料,利用制備的納米材料進(jìn)行了光伏器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)組裝,并對試制的太陽能器件進(jìn)行了性能測試。具體工作包括以下幾方面： 1.制備了系列半導(dǎo)體納米晶體。本文利用簡單易行的方法在液相中分別合成分散性良好,大小均勻的CdSe, ZnO, FeS2納米晶體,并利用UV、PL、XRD、TEM等手段進(jìn)行表征。其中用熱注入法合成了直徑3.7-4.3 nm的CdSe納米晶,禁帶寬度約2.15 eV；用溶液法合成了直徑5 nm左右的ZnO納米晶,禁帶寬度約3.72 eV。尤其值得一提的是,本文借鑒Ⅱ-Ⅵ族量子點(diǎn)合成路徑,首次用熱注入法合成了直徑7.5-9.5 nm的FeS2納米晶,禁帶寬度約1.1-1.2 eV。此外,本文還簡單研究了反應(yīng)時(shí)間對上述反應(yīng)產(chǎn)物的影響。 2.根據(jù)上述三種納米材料的導(dǎo)帶價(jià)帶能級匹配關(guān)系,制備了異質(zhì)結(jié)太陽能電池。其一為ITO/PEDOT:PSS/CdSe/ZnO/Al(電池A),其二為ITO/PE-DOT:PSS/P3HT/FeS2/Al(電池B)。各層薄膜厚度均為幾十納米,器件總厚度約幾百納米。 3.用以實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案包括：以ITO玻璃為襯底,采用旋涂工藝制備薄膜,在真空條件下蒸鍍電極,最終在手套箱內(nèi)封裝成完整光伏器件。器件制備過程中采用適當(dāng)處理步驟以獲得更高器件效率：為減少納米粒子間的距離,提高載流子傳導(dǎo)率,對制備的CdSe納米晶和FeS2納米晶進(jìn)行配體交換,用導(dǎo)電性良好的吡啶置換掉表面原有的長鏈有機(jī)配體；為減少載流子隨機(jī)傳導(dǎo)過程中的復(fù)合,用雙配位鍵的二巰基苯對CdSe納米晶進(jìn)行交聯(lián),使其排列整齊致密。 4.將試制的器件置于標(biāo)準(zhǔn)檢測條件下進(jìn)行測試,測得電池A的開路電壓為0.46 V；短路電流為1.01 mA/cm2;填充因子為0.29；能量轉(zhuǎn)換效率約0.13%。電池B的開路電壓為0.38 V；短路電流為1.69 mA/cm2;填充因子為0.35；能量轉(zhuǎn)換效率約0.23%。 【關(guān)鍵詞】：太陽電池 光伏效應(yīng) 納米晶 異質(zhì)結(jié) 旋涂
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 圖目錄10-12
• 第1章 緒論12-23
• 1.1 太陽能電池概述12-18
• 1.1.1 太陽能概述12-13
• 1.1.2 太陽能電池的基本原理13-15
• 1.1.3 太陽能電池的輸出特性15-17
• 1.1.4 太陽能電池的分類17-18
• 1.2 新型太陽能電池研究現(xiàn)狀18-21
• 1.2.1 染料敏化TiO_2納米晶薄膜太陽電池18-19
• 1.2.2 有機(jī)聚合物異質(zhì)結(jié)太陽能電池19-20
• 1.2.3 無機(jī)納米材料異質(zhì)結(jié)太陽電池20-21
• 1.3 選題背景、研究的內(nèi)容及意義21-23
• 第2章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測試儀器23-28
• 2.1 無機(jī)半導(dǎo)體納米材料的測試儀器23-24
• 2.1.1 紫外-可見光譜(UV-Vis)23
• 2.1.2 熒光光譜儀(PL)23
• 2.1.3 透射電子顯微鏡(TEM)23-24
• 2.1.4 掃描電子顯微鏡(SEM)24
• 2.1.5 X射線衍射(XRD)24
• 2.2 器件制備設(shè)備與性能測試裝置24-28
• 2.2.1 旋涂儀24-25
• 2.2.2 真空蒸發(fā)儀及手套箱25
• 2.2.3 其他制備儀器25-26
• 2.2.4 太陽電池性能檢測裝置26-28
• 第3章 無機(jī)半導(dǎo)體納米晶的合成與表征28-42
• 3.1 無機(jī)半導(dǎo)體納米晶28-31
• 3.1.1 無機(jī)半導(dǎo)體納米晶概述28-30
• 3.1.2 納米晶的成核與生長理論30-31
• 3.2 硒化鎘納米晶的合成與表征31-35
• 3.2.1 硒化鎘納米晶的合成31-33
• 3.2.2 硒化鎘納米晶的表征33-35
• 3.3 氧化鋅納米晶的合成與表征35-37
• 3.3.1 氧化鋅納米晶的合成35-36
• 3.3.2 氧化鋅納米晶的表征36-37
• 3.4 二硫化亞鐵納米晶的合成與表征37-42
• 3.4.1 二硫化亞鐵納米晶的合成37-39
• 3.4.2 二硫化亞鐵納米晶的合成與表征39-42
• 第4章 新型太陽能電池的器件試制與性能檢測42-56
• 4.1 新型太陽能電池的器件試制42-45
• 4.1.1 器件試制的一般步驟42
• 4.1.2 襯底的預(yù)處理42-43
• 4.1.3 緩沖層的涂覆43-44
• 4.1.4 電極的蒸鍍44-45
• 4.1.5 其他后續(xù)步驟45
• 4.2 CDSE/ZNO納米薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池的試制與研究45-51
• 4.2.1 CdSe/ZnO納米薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池的設(shè)計(jì)45-47
• 4.2.2 CdSe/ZnO納米薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池的制備與表征47-51
• 4.3 P3HT/FES_2納米薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池的試制與研究51-56
• 4.3.1 P3HT/FeS_2納米薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池的設(shè)計(jì)51-52
• 4.3.2 P3HT/FeS_2納米薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池的制備與表征52-56
• 第5章 總結(jié)與展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-64
• 致謝64-65
• 個(gè)人簡歷65-66
• 攻讀學(xué)位期間的科研成果66

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