多組分Cu₂ZnSn（S,Se）₄（CZTSSe）半導體材料因其具有組成元素豐富、高的摩爾吸光系數(shù)、帶隙可調(diào)等優(yōu)勢而成為了理想的量子點材料之一。目前,CZTS量子點已經(jīng)通過水解或陽離子交換的方法被成功地引入到量子點敏化太陽能（QDSSCs）中,但是其器件性能并不理想。通過查閱文獻,我們發(fā)現(xiàn)導致器件效率低的原因主要有以下兩點:其一,量子點的吸光范圍較窄;其二,量子點與TiO₂膜電極間能帶不匹配。此外,量子點的粒徑大小也是影響器件性能的關鍵因素之一。眾所周知,量子點的粒徑需要控制在一定范圍內(nèi)（通常在5 nm左右）,以確保其在多孔TiO₂薄膜中能隨機分散。然而,小尺寸CZTS量子點的成核和生長條件都非常嚴格,常用的包覆配體如油胺和油酸等并不能滿足這些條件。因此,針對上述所說問題,本論文將以探索高質(zhì)量寬光譜CZTSSe量子點合成為出發(fā)點,進一步通過元素比例調(diào)控、陽離子取代等方式優(yōu)化能帶結構,拓寬量子點的光吸收。系統(tǒng)的開展基于多元CZTSSe量子點的高效QDSC性能和機理的研究,具體內(nèi)容可分為以下兩個部分:（... 

【文章來源】：河南大學河南省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

量子點尺寸大小與光譜響應范圍、禁帶寬度關系圖[22]

寬光譜銅鋅錫硫硒量子點敏化太陽能電池能帶調(diào)控及性能研究4圖1-2量子點中的多重激子效應原理圖[24]1.4量子點敏化太陽能電池的工作原理QDSSCs主要包括光陽極（Photoanode）、對電極（CounterElectrode）和電解質(zhì)溶液（Electrolyte）三部分[32]。其中，光陽極是由具有介孔結構的寬帶隙氧化物半導體薄膜（主要為TiO2）和沉積在上面的量子點（QuantumDot）組成（如圖1-3所示）。三者以“三明治”形狀進行組裝，形成一塊完整的電池。從圖中能夠看出，QDSSCs的工作機制與DSCs類似。在持續(xù)的陽光照射下，量子點敏化劑吸收一定能量的光子后，其價帶（VB）中的電子被激發(fā)到導帶（CB），產(chǎn)生電子-空穴對。隨后，在量子點導帶與金屬氧化物導帶之間的能級差的驅(qū)動下，處于激發(fā)態(tài)的電子從量子點導帶中被迅速注入到寬帶隙金屬氧化物的導帶中（過程1），從而實現(xiàn)電荷分離。接著，電子通過二氧化鈦傳輸層轉(zhuǎn)移到透明導電氧化物襯底上（過程2），最后通過外部電路轉(zhuǎn)移到對電極上。同時，失去電子而變成氧化態(tài)的量子點被電解液中的還原性物質(zhì)還原得到再生（過程3），而氧化態(tài)的電解質(zhì)在CE的催化作用下被外部電路的電子還原（過程4），從而完成一個光電轉(zhuǎn)換的循環(huán)。值得注意的是，上述過程是理想的電子傳輸過程，沒有發(fā)生任何電荷復合過程。除了上述我們期望的電荷傳輸過程外，其他一些不需要的過程即電荷重組過程也會同時發(fā)生如電子在量子點/電解質(zhì)界面處復合（過程5）或在TiO2/電解質(zhì)界面處復合（過程6）[3,32]，這些過程會嚴重影響太陽能電池的性能。

第一章緒論5圖1-3QDSSCs工作原理示意圖[32]QDs+hv→QDs(e+h)→TiO2(e)+QDs(h)(1)TiO2(e)+TCO→TiO2+TCO(e)(2)QDs(h)+S2-→QDs+Sn2-(3)Sn2-+CE(e)→S2-(4)Sn2-+QDs(e)→S2-(5)Sn2-+TiO2(e)→S2-(6)1.5量子點敏化太陽能電池的組成結構量子點敏化太陽能電池的光陽極包括寬帶隙金屬氧化物半導體薄膜和量子點敏化劑。其中，寬帶隙氧化物半導體薄膜為光陽極的基底，起著支撐量子點敏化劑和傳輸光生電子的作用。為了實現(xiàn)電子的有效傳輸，半導體薄膜應具有以下幾點特性：首先，應具有適當?shù)膶н呂恢�，這將決定光生電子的抽取效率以及電池器件的Voc大小；其次，應具有高的電子遷移率，有利于提取的電子在膜內(nèi)轉(zhuǎn)移并被導電襯底（通常是FTO）收集；再次，為了實現(xiàn)高效的光子捕獲，半導體薄膜應具有充足的表面積，以容納更多的量子點敏化劑；最后，半導體薄膜還應具有化學穩(wěn)定性好，毒性低，制備簡單等優(yōu)點[33]。因此，QDSSCs中電子輸運材料的研究應主要集中在這些關鍵性質(zhì)上。目前研究最廣泛的傳輸材料為TiO2和ZnO納米材料[34,35]。其中，TiO2納米材料具有化學穩(wěn)定性好、無毒、成本低等優(yōu)點，被認為是一種性價比較好的電子傳輸材料。TiO2納米材料包括多種結構如納米顆粒（TiO2-NP）、納米管（TiO2-NT）和納米線（TiO2-NW）等[36-38]。其中，


本文編號：3430531