【摘要】：硫化鎘(CdS)是一種傳統(tǒng)的金屬硫化物n型半導(dǎo)體材料,具有較寬的禁帶寬度(2.4eV),可作為電子傳輸層材料。與目前金屬氧化物的電子傳輸層相比,CdS的成膜溫度非常低,這使得CdS薄膜可以應(yīng)用于柔性器件。與高純度昂貴的有機n型半導(dǎo)體材料相比,CdS的制備成本十分廉價,并且制備工藝十分簡單。本論文設(shè)計構(gòu)建了CdS作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池和硫化鉛(PbS)量子點太陽能電池。成果如下:1、采用化學(xué)水浴的方法制備出了致密平整,能夠均勻的覆蓋FTO基片的CdS薄膜,通過控制沉積時間,可以實現(xiàn)對CdS薄膜厚度的調(diào)節(jié)。采用化學(xué)水浴法和水熱法分兩步合成了一維的CdS納米棒陣列結(jié)構(gòu),納米棒垂直于FTO表面生長,直徑在60-100 nm左右。通過調(diào)控反應(yīng)的水熱時間,可以實現(xiàn)對CdS納米棒陣列密度的控制。CdS材料對于500nm以下波段的光具有一定的吸收作用,這與其本身的帶隙有關(guān)。2、構(gòu)建了CdS納米棒陣列與有機-無機鈣鈦礦相結(jié)合的3D結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池器件。采用物理化學(xué)氣相沉積法制備鈣鈦礦層,實現(xiàn)了無溶液的鈣鈦礦制備過程,解決了溶液旋涂法造成的鈣鈦礦薄膜分解和覆蓋率低等問題。同時該方法實現(xiàn)了鈣鈦礦層與CdS納米棒陣列層的緊密結(jié)合。納米棒提供一維的傳輸路徑,促進了電子的傳輸。3D結(jié)構(gòu)增加了異質(zhì)結(jié)面積,從而利于了載流子的分離。納米棒陣列的密度對鈣鈦礦電池的性能有著極大地影響。最終發(fā)現(xiàn),水熱時間為12小時,所構(gòu)建的電池效率達到最大值為12.46%,開路電壓為1.01V,短路電流為19.88mA cm~(-2),填充因子為62.06%。該效率相當于相同厚度CdS薄膜鈣鈦礦太陽能電池效率的4倍左右。經(jīng)過4天的穩(wěn)定性測試后,該結(jié)構(gòu)電池仍能保持原有效率的73%。3、采用陽離子交換法制得高質(zhì)量的PbS量子點,并構(gòu)建了CdS薄膜與PbS量子點相結(jié)合的PbS量子點太陽能電池器件。采用價格低廉,毒性較弱的硫粉取代價格昂貴、毒性強、揮發(fā)性強的六甲基二硅硫烷為初始硫源,合成CdS量子點。通過控制被交換的CdS量子點的尺寸和濃度,合成了尺寸為2-4 nm的高質(zhì)量PbS量子點。使用四丁基碘化胺和乙二硫醇兩種配體對PbS量子點表面進行修飾。通過對CdS層厚度和PbS層數(shù)的調(diào)節(jié),最后實現(xiàn)了0.36V的開路電壓,24.45mA cm~(-2)的短路電流,36.12%的填充因子,3.18%的電池效率。并且該電池在經(jīng)過30天的穩(wěn)定性測試后,電池效率基本保持不變。
【圖文】：

圖 1.1 晶體硅太陽能電池、薄膜太陽能電池、第三代太陽能電池示意圖Figure1.1 The pictures of crystalline silicon solar cells, thin-film solar cells and third generationsolar cells1.2.3 太陽能電池的等效電路

然而實際情況中，太陽能電池中會出現(xiàn)多處電阻。如圖層之間的接觸電阻，電極與層間的接觸電阻，電池材料本身們統(tǒng)稱為串聯(lián)電阻（Rs）。除此之外，，由于太陽能電池的邊造成的漏電，這部分稱為漏電電阻或并聯(lián)電阻（Rsh），并流就越小[20-22]。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4

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本文編號：2601910