基于膠體Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體量子點(diǎn)的薄膜太陽(yáng)能電池的研究.pdf

1、薄膜太陽(yáng)能電池是一種第二代太陽(yáng)能電池，具有材料種類多，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可成為第一代太陽(yáng)能電池的替代品。隨著納米材料的發(fā)展，薄膜太陽(yáng)能電池在材料，結(jié)構(gòu)等方面都取得了很大的發(fā)展，也極大地豐富了薄膜太陽(yáng)能電池的概念，但薄膜太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率目前仍比較低。本論文圍繞著基于Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體量子點(diǎn)的薄膜太陽(yáng)能電池開(kāi)展以下研究。
　　 首先，本文簡(jiǎn)要綜述了量子點(diǎn)的發(fā)展及在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)中用到的兩種無(wú)機(jī)量子點(diǎn)(CdSe和CdTe

2、)的制備做了詳細(xì)的敘述。
　　 其次，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中制備了兩種薄膜太陽(yáng)能電池。由于制備過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)生很大的影響，所以對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)都做了很詳細(xì)的描述。對(duì)正電極的制備，這兩種結(jié)構(gòu)的薄膜太陽(yáng)能電池分別采用了兩種不同的方法：在ITO/PEDOT：PSS/CdSe：P3HT/Al結(jié)構(gòu)中我們采用了自己制備ITO電極，原因是混合薄膜太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓和短路電流都相對(duì)要小的多，所以采用腐蝕ITO電極的方法對(duì)器件造成的影響是不

3、能忽略的。在真空鍍膜系統(tǒng)中制備的ITO薄膜電極要相對(duì)干凈的多，避免了不必要的污染。ITO薄膜電極在制備的過(guò)程中，基板溫度、充氧量、沉積速率等因素都會(huì)對(duì)ITO薄膜產(chǎn)生很大的影響，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)摸索出這幾個(gè)變量的最佳組合，做出在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下最好的ITO薄膜電極。在有機(jī)無(wú)機(jī)混合薄膜太陽(yáng)能電池制備過(guò)程中，把P3HT放入CdSe量子點(diǎn)溶液中，靜置一天，讓P3HT充分溶脹，然后再超聲，使得P3HT充分溶解。這樣旋涂出來(lái)的混合薄膜也比較均勻。全無(wú)機(jī)薄

4、膜太陽(yáng)能電池中間有效層是兩層無(wú)機(jī)量子點(diǎn)薄膜，這兩層薄膜單獨(dú)成膜，在接觸的地方有極薄的部分混合，類似PN結(jié)。先旋涂CdTe量子點(diǎn)薄膜，放在高真空系統(tǒng)中退火，然后再旋涂一層CdSe量子點(diǎn)薄膜。將中間有效層制備好之后，緊接著用熱蒸發(fā)法制備Al背電極。
　　 最后，我們對(duì)制備出來(lái)的兩種薄膜太陽(yáng)能電池進(jìn)行了測(cè)量與表征。在室溫下，混合薄膜太陽(yáng)能電池和全無(wú)機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓、短路電流、填充因子和轉(zhuǎn)換效率分別是：0.76V，5.14mA/

5、cm2、25％、1％和0.79V、7.06mA/cm2、30％、1.6％。在改變溫度(溫度范圍77K-307K，溫度間隔為：77K、97K、117K、137K、157K、177K、197K、217K、237K、257K、277K、297K、307K)的條件下，分別測(cè)量了Ⅰ-Ⅴ特性曲線和瞬態(tài)響應(yīng)曲線，獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：1、隨著溫度的升高，開(kāi)路電壓、短路電流、光電流都有相應(yīng)的升高，并聯(lián)電阻在這兩種電池中有不同的變化趨勢(shì)。在混合薄膜太陽(yáng)能電

6、池中，并聯(lián)電阻相應(yīng)下降，表明漏電流相應(yīng)增加，這對(duì)混合器件來(lái)說(shuō)是不利的因素，有必要對(duì)混合薄膜太陽(yáng)能電池制備的過(guò)程提出更高的要求；在全無(wú)機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池中并聯(lián)電阻是上升的，也就是說(shuō)隨著溫度的升高，光電流復(fù)合的成分在減小，這是有利于器件的性能的，從另一個(gè)側(cè)面說(shuō)明器件做的還是比較好的。2、從這些曲線隨溫度的變化趨勢(shì)可以看到，太陽(yáng)能電池是一種非線性器件，其輸出量與多個(gè)變量如環(huán)境溫度、串聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻都密切相關(guān)。3、從混合薄膜太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓、