CulnS2量子點的制備及其聚合物太陽電池性能的研究.pdf

1、由有機共軛聚合物和無機納米材料形成的雜化聚合物太陽電池由于兼具有機和無機材料的雙重優(yōu)點，是一種低價、可大面積使用的太陽電池。然而，共軛聚合物的吸收光譜較窄是影響電池效率的一個主要因素。為了提高該類器件效率，可以將無機半導體量子點與聚合物結(jié)合形成雜化材料，從而使得有機、無機材料形成吸收互補。CuInS2的帶隙是1.5eV，與太陽光譜相匹配，具有較大的吸收系數(shù)及低毒性，是一種理想的太陽電池光吸收材料。本文合成了不同晶型及粒徑的CuInS2量

2、子點(CuInS2-QDs)，系統(tǒng)研究基于CuInS2量子點的體型異質(zhì)結(jié)聚合物太陽電池中結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性。主要結(jié)論如下:
　　 1.通過溶劑熱的方法合成了閃鋅礦CuInS2-QDs并應用于聚合物太陽電池中。選擇4-溴苯硫酚作為還原劑及封蓋配體，通過CuCl2，InCl3，4-溴苯硫酚及Na2S形成的可溶性的有機鈉鹽作為中間體的溶劑熱分解過程合成了2-4nm的CuInS2-QDs。由于量子點與聚合物之間具有匹配的能級，量子點能有

3、效地淬滅聚（2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-對苯乙炔）(MEH-PPV)的熒光?；谏鲜鎏卣?，制作了MEH-PPV/CuInS2-QDs雜化太陽電池器件，器件在300-900nm區(qū)間具有光譜響應。結(jié)果表明，CuInS2-QDs作為一種有效的電子受體及電荷傳輸材料，能分離聚合物及量子點上的激子;進一步對量子點表面進行配位基交換，顯著提高了MEH-PPV/CuInS2-QDs器件的性能。
　　 2.使用溶劑熱法控制性地合

4、成了不同粒徑的黃銅礦CuInS2-QDs并闡述了MEH-PPV/CuInS2-QDs太陽電池性能與量子點尺寸的相關(guān)性。通過改變?nèi)軇岬姆磻獣r間，尤其是控制結(jié)晶過程中In3+的緩釋，可以有效地將CuInS2-QDs的尺寸控制在3.2-5.4nm。量子點尺寸的變化導致其帶隙發(fā)生了明顯的變化;此外，不同粒徑的量子點對MEH-PPV的熒光淬滅性能也有明顯的影響。在MEH-PPV/CuInS2-QDs雜化太陽電池中，器件具有300-900nm的光

5、譜響應，量子點粒徑的減小使得太陽電池具有更高的開路電壓(Voc)及短路電流(Jsc）;并且，器件的Voc和聚合物的最高分子已占軌道(HOMO)能級與CuInS2的導帶能級的差值線性相關(guān)。
　　 3.在氧化物納米陣列上沉積CuInS2殼層形成異質(zhì)核-殼結(jié)構(gòu)納米陣列，闡述了CuInS2殼層對氧化物基聚合物太陽電池光電轉(zhuǎn)換性能的影響。以TiO2納米棒陣列(TiO2-NA)為模板，通過調(diào)節(jié)溶劑熱的反應時間，控制性地在TiO2納米棒表面沉

6、積不同厚度的閃鋅礦CuInS2-QDs殼層，得到異質(zhì)核-殼結(jié)構(gòu)納米陣列(TiO2-CuInS2-NA)。由于CuInS2殼層的輔助光吸收作用及MEH-PPV/CuInS2界面的存在，使得TiO2-CuInS2-NA較TiO2-NA具有更強的光吸收能力及淬滅MEH-PPV熒光的能力。以TiO2-CuInS2-NA與MEH-PPV制作的MEH-PPV/TiO2-CuInS2-NA太陽電池，在300-900nm具有光譜響應，該寬光譜吸收器件較

7、MEH-PPV/TiO2-NA太陽電池具有更高的Jsc及η，以8nm厚的CuInS2-QDs殼層制作的器件η為1.79％(AM1.5)。
　　 4.制備了聚合物-CuInS2雜合光吸收材料并研究了該雜合材料與氧化物基聚合物太陽電池光電轉(zhuǎn)換性能的相關(guān)性。將不同晶型及粒徑的CuInS2-QDs與MEH-PPV在有機溶劑中共混形成MEH-PPV-CuInS2雜合材料，CuInS2-QDs在雜合材料中可以有效地團聚，形成互穿網(wǎng)絡通道。以