PbSe量子点的制备及在太阳电池中的应用研究

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能源危机已经成为一个全球性的问题,太阳能的开发和利用成为解决此危机的一项有效途径,其中太阳电池为太阳能开发的重要组成成分。单晶硅太阳电池具有较高的能量转换效率,但因其制备工艺复杂且用量较大,使其成本很高。量子点太阳电池因其具有吸收太阳光谱范围宽,可控可规模化制备及潜在的多激子效应等优势使大幅降低太阳电池生产成本成为可能。量子点太阳电池具有很大的开发潜力,尤其是PbSe量子点因禁带宽度窄、波尔半径大使其光吸收范围可扩展至近红外和可见光的特点,引起了人们的广泛关注。其中,Klimov研究小组报道,当用高能紫外线轰击PbSe量子点时,每个吸收光子可以产生7个激子,然而由于实际操作中阻碍或影响太阳电池性能的因素很多,真正地把PbSe量子点组装成敏化太阳电池的研究并不多,所以多激子效应真正要应用到实际的量子点太阳电池中还需要对实际组装过程中的一些影响因素进行全面探索。因此,本文以探索PbSe量子点实际组装过程中影响电池性能的影响因素为目的,从PbSe量子点的合成到此量子点太阳电池的组装过程中遇到的对电池性能影响的一些实际问题进行了探索。具体研究内容如下:(1)采用高温注射法制备了PbSe量子点,对合成方法进行了改进,研究了反应温度,时间及反应添加物对量子点形貌及大小的影响,最终确定了所需要的最合适的反应条件。对合成的量子点进行了X射线衍射(XRD)表征,并通过透射电子显微镜(TEM)对量子点的形貌进行了表征,测试表明所获得的PbSe量子点具有菱形,六边形,八角形及六角星形等不同形貌。对不同尺寸,不同形貌的PbSe纳米颗粒进行了分析,提出了可能的生长机理。(2)用溶胶-凝胶法制备出了溶胶二氧化钛,并将其与P25二氧化钛分别制备成太阳能光阳极薄膜,对光阳极薄膜的表面及横截面进行扫描电子显微镜(SEM)表征,用量子点PbSe敏化不同的Ti02薄膜光阳极,将其组装成量子点太阳电池并对组装条件进行了探索。(3)分别研究了不同光阳极薄膜,不同尺寸形貌的PbSe敏化剂及不同敏化时间对PbSe量子点太阳电池的影响,对组装的太阳电池性能进行了测试及比较,对结果进行了分析,最终确定了最佳的敏化条件。所制备的PbSe-QDs太阳电池最佳性能为:在AM1.5模拟太阳光照射下,短路电流为2.5mA/cm2,开路电压为0.48V,填充因子为0.39,能量转换效率为0.47%。
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