【摘要】：為了制備出價(jià)格低廉且高效的太陽能電池,全球的研究者們正致力于采用低成本技術(shù),多渠道地開發(fā)新型活性材料。近年來,研究重點(diǎn)主要集中在各種高效、低成本的半導(dǎo)體薄膜光伏材料及器件技術(shù)方面。其中,有機(jī)和鈣鈦礦為代表的薄膜電池技術(shù)近年來發(fā)展尤為迅速。目前單節(jié)有機(jī)太陽能電池效率已經(jīng)超過14%。有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦電池效率更是在短短幾年時(shí)間內(nèi)效率已經(jīng)突破了22%。然而,他們?nèi)匀幻媾R諸如活性層結(jié)晶和形貌控制困難、器件效率不夠高、穩(wěn)定性不足以及環(huán)境毒性等不同的問題。因此,開發(fā)制備價(jià)格低廉且高效、穩(wěn)定和環(huán)境友好的新型薄膜太陽電池材料和器件技術(shù)具有重要意義。在過去十年中,半導(dǎo)體量子點(diǎn)(QDs)或納米晶體(NCs)材料的光伏應(yīng)用已受到廣泛的關(guān)注和研究。利用這類無機(jī)半導(dǎo)體納米材料的優(yōu)點(diǎn)是,基于量子限域效應(yīng)帶來的尺寸可調(diào)、能帶可控等性質(zhì),量子點(diǎn)良好的自組裝成膜特性有利于獲得高質(zhì)量的薄膜,以及更好的化學(xué)穩(wěn)定性和更小的環(huán)境毒性等等。本論文的研究工作主要是研發(fā)制備不同的無機(jī)半導(dǎo)體納米材料并探索其在薄膜光伏中的應(yīng)用。主要內(nèi)容可概括如下:在本論文的第一部分內(nèi)容中,我們研究了純無機(jī)的銫鉛鹵化物(CsPbX_3)鈣鈦礦量子點(diǎn)材料并測試其在薄膜光伏中的應(yīng)用。通過高溫和低溫兩種方法合成了高結(jié)晶性的CsPbX_3。在室溫條件下,溶液法成功制備了基于CsPbX_3的無機(jī)-聚合物雜化太陽能電池。采用低溫法,含短鏈配體的銫鉛溴(CsPbBr_3)量子點(diǎn)的太陽能電池器件性能優(yōu)于長鏈配體的CsPbBr_3的器件性能。最優(yōu)器件獲得了高達(dá)1.16%的效率,開路電壓(V_(oc))為0.87 V,填充因子(FF)為56.2%,電流(J_(sc))為2.38 mA/cm~2。我們的結(jié)果表明基于純無機(jī)的鈣鈦礦量子點(diǎn)可以制備出在空氣環(huán)境中工作的電池器件;采用短鏈配體低溫合成,可避免量子點(diǎn)薄膜繁瑣的配體處理問題并提高量子點(diǎn)薄膜導(dǎo)電能力和器件效率。此外,我們研究了非鉛、低環(huán)境毒性的銀鉍硫(AgBiS_2)量子點(diǎn)(QDs)的合成及其在薄膜太陽能電池中的應(yīng)用。結(jié)合合適的配體處理,采用醋酸甲酯純化步驟可以得到穩(wěn)定的QDs溶液及其高質(zhì)量薄膜。AgBiS_2用作活性吸光層,基于ITO/ZnO/AgBiS_2/polymer/MoO_3/Ag結(jié)構(gòu)的雜化太陽能電池優(yōu)化后實(shí)現(xiàn)了~3%的器件效率。這表明AgBiS_2量子點(diǎn)材料作為活性層在光伏應(yīng)用中具有潛力。此外,AgBiS_2量子點(diǎn)作為陰極界面層,應(yīng)用于ITO/AZO/AgBiS_2/PCE10:PC_(71)BM/MoO_3/Al結(jié)構(gòu)電池中,獲得的最高效率為5.56%。氧化鋅納米晶(ZnO)是應(yīng)用廣泛的n型界面材料之一,具有諸如易合成、合適的能級(jí)和光電性能等優(yōu)點(diǎn)。但是,ZnO表面存在的缺陷會(huì)引起嚴(yán)重電荷復(fù)合,使得器件性能較差�？梢酝ㄟ^對其進(jìn)行摻雜修飾提高器件性能。在室溫條件下,合成了以丙胺為穩(wěn)定劑的鎵摻雜氧化鋅納米晶(GZO)界面材料。以100°C對GZO界面層進(jìn)行熱退火,基于PBDB-T:IT-M活性層的反型電池獲得了高達(dá)10%的效率。這一結(jié)果和文獻(xiàn)報(bào)道值相當(dāng),表明對ZnO進(jìn)行界面修飾可以減少復(fù)合,改善電子傳輸和收集效率,最終改善器件性能。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.2;TM914.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 安宏樂;于婷婷;;一步水熱法合成綠色熒光碳量子點(diǎn)及其表征[J];天津化工;2019年05期

2 趙辰;張哲娟;郭俊;胡強(qiáng);孫卓;樸賢卿;;量子點(diǎn)材料的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J];人工晶體學(xué)報(bào);2018年12期

3 鄭若彤;;碳基量子點(diǎn)的制備與修飾探討[J];現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè);2019年12期

4 趙志偉;楊尊先;劉佳慧;葉冰清;郭太良;;CuInS_2/ZnS/ZnS量子點(diǎn)的制備與光電性能研究[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào);2019年02期

5 姜明宵;王丹;邱云;孫曉;齊永蓮;胡偉頻;卜倩倩;;量子點(diǎn)顯示及其技術(shù)趨勢[J];光電子技術(shù);2019年01期

6 王學(xué)川;白鵬霞;羅曉民;李季;;基于明膠制備碳量子點(diǎn)及其光學(xué)性能的研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2019年04期

7 楊q;王春來;丁晟;劉長軍;田豐;李釩;;熒光碳量子點(diǎn):合成、特性及在腫瘤治療中的應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報(bào);2019年09期

8 蘇葉婭;文庚;劉新儒;陳夏揚(yáng);甘靜靜;張正國;;量子點(diǎn)表面功能化及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J];生物化工;2019年02期

9 劉久誠;魏嫻;魏暢;梅時(shí)良;譚振坤;張萬路;;雙發(fā)射鈣鈦礦量子點(diǎn)的合成及其在健康照明中的應(yīng)用[J];光源與照明;2019年02期

10 鄭劍威;;無鎘量子點(diǎn)制備技術(shù)及顯示應(yīng)用研究[J];中小企業(yè)管理與科技(中旬刊);2019年07期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 慈吉良;王超;吳敏;黃勇;;氮摻雜碳量子點(diǎn)的綠色制備及應(yīng)用[A];中國化學(xué)會(huì)2017全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)摘要集——主題H：光電功能高分子[C];2017年

2 梁相永;汪露;常智義;李幫經(jīng);張晟;;一種含量子點(diǎn)干凝膠的制備[A];中國化學(xué)會(huì)第十六屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集——第二分會(huì)：功能微納米材料[C];2017年

3 曹佳浩;張漢杰;李東升;楊德仁;;等離激元調(diào)控硅量子點(diǎn)發(fā)光及能量傳遞[A];第十二屆全國硅基光電子材料及器件研討會(huì)會(huì)議論文集[C];2017年

4 林澤文;林圳旭;黃銳;張毅;宋捷;李紅亮;徐駿;陳坤基;;基于氮、氧修飾的高密度硅量子點(diǎn)的近紅外光發(fā)射調(diào)控與光增益特性[A];第十二屆全國硅基光電子材料及器件研討會(huì)會(huì)議論文集[C];2017年

5 樊春海;汪聯(lián)輝;黃慶;何耀;宋世平;;幾種熒光量子點(diǎn)的制備、修飾及生物檢測方法研究[A];中國分析測試協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)發(fā)展回顧[C];2015年

6 王進(jìn)平;李春;劉衛(wèi)儉;;碳量子點(diǎn)的合成及其在植物病原菌成像中的應(yīng)用[A];中國化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三分會(huì)：納米傳感新原理新方法[C];2016年

7 張?jiān)?糜嵐;熊蓉玲;陳暨耀;王培南;;水溶熒光量子點(diǎn)在細(xì)胞內(nèi)的分布和細(xì)胞間的傳輸[A];上海市激光學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

8 熊煥明;;光致發(fā)光的氧化鋅量子點(diǎn)[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場摘要集[C];2010年

9 宋濤;逯超亮;宮曉群;楊秋花;李云紅;常津;;量子點(diǎn)熒光編碼微球的制備[A];天津市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)第30次學(xué)術(shù)年會(huì)暨生物醫(yī)學(xué)工程前沿科學(xué)研討會(huì)論文集[C];2010年

10 楊久敏;宮曉群;張琦;宋濤;劉鐵根;李迎新;常津;;小波變換在量子點(diǎn)編碼識(shí)別中的應(yīng)用[A];天津市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)第30次學(xué)術(shù)年會(huì)暨生物醫(yī)學(xué)工程前沿科學(xué)研討會(huì)論文集[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 記者 曲照貴;天大首創(chuàng)零污染量子點(diǎn)合成工藝[N];中國化工報(bào);2013年

2 記者 田學(xué)科;突破!量子點(diǎn)控制方法找到[N];科技日報(bào);2019年

3 本報(bào)記者 盧夢琪;量子點(diǎn)顯示離不開兩大驅(qū)動(dòng)力[N];中國電子報(bào);2019年

4 記者 劉萬生;中科院大連化物所 電荷摻雜量子點(diǎn)動(dòng)力學(xué)研究取得系列新進(jìn)展[N];中國科學(xué)報(bào);2018年

5 記者 顧鋼;納米電子元件要素量子點(diǎn)接觸首次構(gòu)建[N];科技日報(bào);2019年

6 記者 金朝力;量子點(diǎn)電視中國市場翻倍增長[N];北京商報(bào);2017年

7 本報(bào)記者 崔爽;從量子點(diǎn)到量子環(huán) 改變的不只一個(gè)字[N];科技日報(bào);2018年

8 本報(bào)記者 閔杰;再現(xiàn)“小陽春” 量子點(diǎn)電視好時(shí)光還有多少年？[N];中國電子報(bào);2018年

9 李鋒白;2018年量子點(diǎn)電視銷售額預(yù)計(jì)突破110億[N];中國工業(yè)報(bào);2018年

10 本報(bào)記者 丁瑩;產(chǎn)品升級(jí)技術(shù)煥新[N];中國質(zhì)量報(bào);2018年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉鼎陽;量子點(diǎn)中電子態(tài)的穩(wěn)定性[D];中國工程物理研究院;2019年

2 劉婧婧;硅基鈣鈦礦量子點(diǎn)異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管的制備及器件性能研究[D];南京大學(xué);2019年

3 Khurram Usman;無機(jī)半導(dǎo)體納米晶材料及其薄膜光伏器件研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所);2018年

4 王碩;超高靈敏（光譜）流式檢測裝置的研制及其在納米顆粒定量表征中的應(yīng)用[D];廈門大學(xué);2017年

5 陸湛;基于光譜儀的量子點(diǎn)熒光儀器研究及其在致病菌與抗生素檢測中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2019年

6 夏洪波;Ag/TiO_2、MS/TiO_2和CsPbX_3/TiO_2復(fù)合材料的合成及性能研究[D];大連理工大學(xué);2019年

7 李博;不同環(huán)境條件對CdSe/ZnS量子點(diǎn)熒光特性的影響規(guī)律[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

8 王新偉;基于氧化物基底的新型光伏材料及器件穩(wěn)定性研究[D];上海交通大學(xué);2018年

9 陳黎;多金屬氧酸鹽及其衍生物在染料/量子點(diǎn)敏化太陽能電池中的應(yīng)用研究[D];東北師范大學(xué);2018年

10 郭瀟瀟;碳化硅納米顆粒的制備、發(fā)光性質(zhì)及相變的研究[D];東南大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 袁槊;全無機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)玻璃：原位晶化、穩(wěn)定性、光學(xué)性能及其固態(tài)照明應(yīng)用[D];杭州電子科技大學(xué);2019年

2 王強(qiáng);多元水溶性量子點(diǎn)及其薄膜的制備和應(yīng)用[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

3 馬乘風(fēng);PbS基量子點(diǎn)敏化太陽電池的制備及光伏性能的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

4 查天庸;多元水溶性量子點(diǎn)的制備與應(yīng)用研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

5 呂凱;PbS量子點(diǎn)的化學(xué)組成與相應(yīng)太陽電池光伏性能關(guān)系的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

6 楊濤;表面等離激元對不同形狀量子點(diǎn)非線性光學(xué)特性的影響[D];廣州大學(xué);2019年

7 高明陽;鉍鹵鈣鈦礦量子點(diǎn)的室溫控制合成及其光穩(wěn)定性的研究[D];華中科技大學(xué);2019年

8 李佳璐;量子點(diǎn)/釔鐵石榴石薄膜體系磁光性能研究[D];電子科技大學(xué);2019年

9 秦永剛;矩形石墨烯量子點(diǎn)非線性光學(xué)折射和吸收的理論研究[D];云南師范大學(xué);2019年

10 田夫蘭;基于黑磷量子點(diǎn)材料的光電探測器研究[D];電子科技大學(xué);2019年

，

本文編號(hào)：2665250