【摘 要】
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量子点敏化太阳能电池因其高达44%的理论光电转化效率以及很高的光、热稳定性受到广泛关注。量子点材料作为太阳能电池敏化剂具有多激子效应、可调节带隙、合成元素环境友好以及高吸收系数等优良特性。其中三元量子点与传统二元量子点相比,具有不含有毒元素、合成成本低等优势,具备更大的应用潜力。本文采用热注入法制备了Zn掺杂的CuInS2量子点,利用XRD、TEM、SEM、紫外-可见吸收光谱、XPS、PL光谱等分
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量子点敏化太阳能电池因其高达44%的理论光电转化效率以及很高的光、热稳定性受到广泛关注。量子点材料作为太阳能电池敏化剂具有多激子效应、可调节带隙、合成元素环境友好以及高吸收系数等优良特性。其中三元量子点与传统二元量子点相比,具有不含有毒元素、合成成本低等优势,具备更大的应用潜力。本文采用热注入法制备了Zn掺杂的CuInS2量子点,利用XRD、TEM、SEM、紫外-可见吸收光谱、XPS、PL光谱等分析方法研究了Zn掺杂与不同铜原子比例对量子点的微观结构、光吸收率、光学带隙、离子价态、电化学阻抗等特性的影响规律,并讨论了其对量子点光吸收特性的调控机制。合成光阳极时构筑了TiO2纳米颗粒和TiO2纳米线复合结构的光阳极,采用XRD、SEM确认TiO2纳米线的晶体结构以及形貌,利用电化学阻抗分析了TiO2纳米线的比例和光阳极厚度对光阳极和电解质接触界面电荷复合的影响。结合电池J-V特性曲线讨论了其光电特性的优化条件及调控机制,主要结果如下:(1)研究了Zn掺杂对CuInS2量子点结晶性、光学带隙、表面陷阱态密度的影响规律。发现随着参杂比例的升高,光学带隙变大,结晶性变高,表面陷阱态密度降低。Zn/In摩尔比为0.4时,无杂质生成,粒径尺寸为8.7 nm光学带隙为1.61 e V,尺寸与带隙合适,适合用作太阳能电池的量子点敏化剂。(2)通过用热注入法合成了贫铜Zn-CuInS2量子点,研究了Cu掺杂浓度对量子点的影响规律,研究发现随着Cu掺杂浓度的降低,量子点结晶性与粒径尺寸变化不大,表面陷阱态密度变低,带隙变宽,导带底位置变高。使得光生电子更快的注入TiO2,增加了电子寿命,提高了光伏器件的光电转化效率。(3)通过将K2TiO(C2O4)2、去离子水和二乙二醇在高温高压下合成TiO2纳米线,通过XRD,TEM确定合成TiO2纳米线的晶体结构以及具体形貌。将其混入光阳极并分析了所合成器件的电化学阻抗与光电转化效率,确认TiO2纳米颗粒与TiO2纳米线以比6:1的比例混合时合成的器件光电转化效率最优。(4)分析了光阳极介孔薄膜的厚度对电池效率的影响,通过对比所合成器件的光电转化效率发现薄膜厚度为12μm时电池表现最佳。得到的最高光电转换效率为5.3%。
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