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近年来,有机-无机复合薄膜太阳能电池已经引起了人们的广泛关注。然而,已经见诸报道的无机-有机复合薄膜太阳能电池中的无机材料仍然局限于几种传统的无机物,例如CdSe、PbS等,它们大多具有毒性,而且地壳含量也很有限,即使可以获得不错的光电转换效率,但原料的来源及制各过程中有毒物质排放造成的环境污染仍然是限制其广泛应用的最大瓶颈,所以,一些具有光伏性能、相对无毒、环保的无机化合物材料引起了研究者们的兴趣。本论文对Ⅴ-Ⅵ族硫化物(Bi2S3和Sb2S3)薄膜的制备和光电性能进行了研究。
本论文共分四章。第一章主要是太阳能电池的发展概述,介绍了太阳能电池的发展史、原理和性能评价指标,着重介绍了有机-无机复合薄膜太阳能电池材料的制备方法和种类。最后对Ⅴ-Ⅵ族硫化物的性质进行介绍,提出本文的研究意义。
第二章介绍了纳米结构硫化铋薄膜的合成和光电性能测试。硫化铋是一种重要的n型直接带隙半导体材料,其带隙在1.3-1.7 eV范围可调,非常适合作为太阳能电池的光吸收层。在本文中,我们采用原料的单质形式,未加入任何辅助添加剂,在简单的溶剂热体系中反应180℃,在ITO导电玻璃基底上直接原位生长出结合紧密的Bi2S3纳米结构薄膜。薄膜是由均匀的、大小约为200 nm的颗粒构成,然后我们将Bi2S3薄膜和有机聚合物P3HT复合组装成异质结电池器件,光电转化效率为0.0054%,表明硫化铋材料具有明显的光伏性能。
第三章介绍了微米结构硫化锑薄膜的合成和光电性能测试。Sb2S3也是一种直接带隙无机半导体材料,室温下的带隙能为1.78 eV,被认为是利用太阳能的理想材料。本文中采用条件温和的溶剂热反应,在ITO导电玻璃基底上直接原位制备了Sb2S3微米结构薄膜。薄膜是由微米级的管状和片状构成。然后将有机聚合物P3HT和Sb2S3薄膜复合组装成电池器件,光电转化效率为0.0026%。
第四章对基于铋、锑的三元硫化物薄膜的制备进行了初步探究。通过溶剂的选择和反应条件的控制,制备出了纯的Cu3BiS3薄膜,SEM表征薄膜为均匀粘连的纳米膜。Cu3SbS3薄膜的合成条件还有待研究。