量子点敏化半导体纳晶薄的面调控在太阳能电池中的应用

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近年来量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)受到了广泛的关注,QDSSCs的光电转化性能的提升是QDSSCs的重要研究方向,对光阳极表面进行进行界面调控是提升QDSSCs光电性能的有效方法。本论文以水热合成的CuInS2量子点敏化TiO2介孔薄膜作为光阳极,通过溶液离子层吸附反应法(SILAR)生成CdS和ZnS对其进行表面处理,研究了CdS和ZnS界面调控的作用机理,提升了CuInS2量子点敏化电池的光电转换效率。在此基础上,以CuInS2QD和CdSe QDs作为吸光层、Spiro-OMeTAD做空穴传输层(HTL)初步尝试了固态QDSSCs的制备,研究了CdS后处理对固态太阳能电池的光电转换性能的影响。研究内容如下:
  1、采用水热合成法制备了CuInS2量子点并将其敏化到TiO2薄膜上得到TiO2/CuInS2光阳极。采用连续离子层吸附反应法(SILAR)在光阳极表面沉积了CdS和ZnS;通过光电转换性能测试以及电化学阻抗谱、紫外可见吸收和IPCE测试研究,发现ZnS和CdS后处理对电池性能的影响和作用机理不同:ZnS处理抑制电子复合,提升电池的光电压,但对光阳极吸收无明显提升,光电流的提升来源于抑制复合后电子注入的增加。而CdS处理提升光阳极的光吸收,电池光电流的提升主要来源于吸收增强导致的电子注入增加,CdS的加入增加电子复合,导致电池的光电压下降。
  2、结合ZnS和CdS不同的作用特点,对光阳极进行了ZnS/CdS与CdS/ZnS双重后处理,进一步提升了电池的光电转换效率,光电转换效率分别达到了5.78%和5.66%。电化学阻抗谱、紫外可见吸收和IPCE测试表明,在ZnS后处理CdS时,CdS的作用主要是提升光阳极的光吸收。在CdS后处理ZnS时,ZnS的作用也是促进了光阳极的光吸收。同时发现ZnS对QDSSCs光阳极抑制复合的作用只有与量子点直接接触时才有效。
  3、采用浸泡方式将水热合成的CuInS2量子点和热注入法合成的CdSe量子点沉积到TiO2薄膜上制备吸光层,并与空穴传输层银背极等组成固态量子点太阳能电池。采用SILAR法用CdS量子点对固态量子点太阳电池吸光层进行处理,提升了固态电池的光电转换效率。
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