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胶体科学的最新发展为研制下一代低成木、高效率的太阳电池提供了条件。利用化学法制备出单分散、光电性能优异的半导体纳米晶,并将其胶体溶液采用旋涂、浸涂或丝网印刷的方法制作全无机纳米晶薄膜太阳电池。全无机纳米晶薄膜太阳电池具备有机太阳电池轻质、柔性的优点,同时又避免了稳定性差的缺点;这类电池可利用半导体纳米晶的量子限制效应调节有源层的带隙宽度,得到相同组分不同带隙的有源层,获得宽的光谱吸收及多激子激发,以突破Schockley-Queisser极限,得到较高的转换效率,进一步降低太阳电池的平均成本。虽然在制作工艺及生产成本上有很多独特的优势,但是仍然有些关键的问题急需解决,比如,如何在保持纳米晶特殊的光物理特性的同时,使其达到与体材料相似的载流子传输效率;如何得到均匀、致密的无机纳米晶薄膜以提高太阳电池的填充因子。 本文中,我们采用化学法合成了分散性较好且适合于制作致密无机薄膜的纳米晶体。根据纳米晶体的特殊性质,阐述了纳米晶薄膜中载流子的传输机制。制备了全无机纳米晶薄膜太阳电池,并对其性能进行了优化。 本论文的主要研究工作如下: 1.纳米晶体的制备。采用化学方法合成了多种用于制备全无机纳米晶薄膜太阳电池的纳米材料;并对其形貌、晶格结构、光学性质进行了表征。 2.制备了CdTe/CdSe结构太阳电池。研究了在CdSe层厚度为100nm不变的情况下,CdTe层厚度对电池性能的影响。结果表明,在CdTe薄膜厚度为150nm时,电池的性能最优;当厚度增加到200nm时,短路电流急剧下降。 3.采用LBL旋涂方法制备了CdTe/Al肖特基太阳电池。研究了经CdCl2烧结处理对电池性能的影响。结果表明,350℃下CdCl2烧结处理可以使CdTe纳米晶明显长大,提高载流子在溥膜中的传输效率;相对于未经处理的电池,转化效率由0.44%提高到了2.67%。烧结温度对电池性能的影响研究表明,随着烧结温度的升高,CdTe纳米晶体尺寸不断增加,太阳电池的短路电流也不断升高:但是,当烧结温度增加到450℃时,CdTe/Al结构会失去光伏效应。 4.宽谱吸收太阳电池的研究。采用窄带隙材料PbS纳米晶制备了宽谱响应的PbS/Al肖特基太阳电池;结果表明,PbS薄膜在900-1200nm的范围内有明显的吸收;90℃退火可以改善薄膜表面存在裂缝的问题,增加了载流子的传输效率,提高了太阳电池的转化效率;PbS/ZnO结构太阳电池改善了PbS/Al肖特基太阳电池开路电压小的问题,将电池的开路电压由0.2V提高到了0.4V左右,转化效率也由0.55%提高到了1.18%。