發(fā)布時(shí)間：2021-10-11 12:43

　　多組分Cu₂ZnSn（S,Se）₄（CZTSSe）半導(dǎo)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(diǎn)材料之一。目前,CZTS量子點(diǎn)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(diǎn)敏化太陽能（QDSSCs）中,但是其器件性能并不理想。通過查閱文獻(xiàn),我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致器件效率低的原因主要有以下兩點(diǎn):其一,量子點(diǎn)的吸光范圍較窄;其二,量子點(diǎn)與TiO₂膜電極間能帶不匹配。此外,量子點(diǎn)的粒徑大小也是影響器件性能的關(guān)鍵因素之一。眾所周知,量子點(diǎn)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(jī)分散。然而,小尺寸CZTS量子點(diǎn)的成核和生長條件都非常嚴(yán)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(diǎn)合成為出發(fā)點(diǎn),進(jìn)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(jié)構(gòu),拓寬量子點(diǎn)的光吸收。系統(tǒng)的開展基于多元CZTSSe量子點(diǎn)的高效QDSC性能和機(jī)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(xué)河南省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

量子點(diǎn)尺寸大小與光譜響應(yīng)范圍、禁帶寬度關(guān)系圖[22]

寬光譜銅鋅錫硫硒量子點(diǎn)敏化太陽能電池能帶調(diào)控及性能研究4圖1-2量子點(diǎn)中的多重激子效應(yīng)原理圖[24]1.4量子點(diǎn)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(jié)構(gòu)的寬帶隙氧化物半導(dǎo)體薄膜（主要為TiO2）和沉積在上面的量子點(diǎn)（QuantumDot）組成（如圖1-3所示）。三者以“三明治”形狀進(jìn)行組裝，形成一塊完整的電池。從圖中能夠看出，QDSSCs的工作機(jī)制與DSCs類似。在持續(xù)的陽光照射下，量子點(diǎn)敏化劑吸收一定能量的光子后，其價(jià)帶（VB）中的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶（CB），產(chǎn)生電子-空穴對。隨后，在量子點(diǎn)導(dǎo)帶與金屬氧化物導(dǎo)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(diǎn)導(dǎo)帶中被迅速注入到寬帶隙金屬氧化物的導(dǎo)帶中（過程1），從而實(shí)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(dǎo)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(shí)，失去電子而變成氧化態(tài)的量子點(diǎn)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(fù)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(shí)發(fā)生如電子在量子點(diǎn)/電解質(zhì)界面處復(fù)合（過程5）或在TiO2/電解質(zhì)界面處復(fù)合（過程6）[3,32]，這些過程會嚴(yán)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(diǎn)敏化太陽能電池的組成結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)敏化太陽能電池的光陽極包括寬帶隙金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜和量子點(diǎn)敏化劑。其中，寬帶隙氧化物半導(dǎo)體薄膜為光陽極的基底，起著支撐量子點(diǎn)敏化劑和傳輸光生電子的作用。為了實(shí)現(xiàn)電子的有效傳輸，半導(dǎo)體薄膜應(yīng)具有以下幾點(diǎn)特性：首先，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膶?dǎo)帶邊位置，這將決定光生電子的抽取效率以及電池器件的Voc大�。黄浯�，應(yīng)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(dǎo)電襯底（通常是FTO）收集；再次，為了實(shí)現(xiàn)高效的光子捕獲，半導(dǎo)體薄膜應(yīng)具有充足的表面積，以容納更多的量子點(diǎn)敏化劑；最后，半導(dǎo)體薄膜還應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性好，毒性低，制備簡單等優(yōu)點(diǎn)[33]。因此，QDSSCs中電子輸運(yùn)材料的研究應(yīng)主要集中在這些關(guān)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(xué)穩(wěn)定性好、無毒、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種性價(jià)比較好的電子傳輸材料。TiO2納米材料包括多種結(jié)構(gòu)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