致密硫化鉛量子點(diǎn)薄膜和錫硫化物薄膜的制備及在太陽(yáng)電池中的應(yīng)用.pdf

1、硫化鉛(PbS)、錫硫化物作為重要的Ⅳ-Ⅵ族半導(dǎo)體材料，在太陽(yáng)電池中得到廣泛的應(yīng)用。本文通過(guò)在旋涂輔助連續(xù)離子層吸附反應(yīng)(spin-coating-assistedSILAR)過(guò)程中使用乙二硫醇(EDT)和TiO2納米棒陣列相結(jié)合，成功在TiO2納米棒陣列上獲得了致密PbS量子點(diǎn)薄膜，組裝了結(jié)構(gòu)為FTO/致密PbS量子點(diǎn)薄膜敏化TiO2納米棒陣列/spiro-OMeTAD/Au的新穎結(jié)構(gòu)的全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)電池。采用spin-coat

2、ing-assisted SILAR法制備PbS量子點(diǎn)薄膜敏化TiO2納米棒陣列，組裝了相應(yīng)的固態(tài)太陽(yáng)電池。對(duì)比了在spin-coating-assisted SILAR過(guò)程中使用EDT和不使用EDT對(duì)PbS量子點(diǎn)的沉積過(guò)程的影響，研究了旋涂循環(huán)次數(shù)對(duì)PbS量子點(diǎn)薄膜敏化TiO2納米棒陣列的表面形貌、晶相及光學(xué)吸收和相應(yīng)的固態(tài)太陽(yáng)電池光伏性能的影響;通過(guò)在spin-coating-assisted SILAR過(guò)程中使用EDT制備了不同T

3、iO2納米棒陣列微結(jié)構(gòu)致密PbS量子點(diǎn)薄膜敏化TiO2納米棒陣列，組裝了相應(yīng)的太陽(yáng)電池。研究了不同TiO2納米棒陣列微結(jié)構(gòu)對(duì)致密PbS量子點(diǎn)薄膜敏化TiO2納米棒陣列的表面形貌、晶相及光學(xué)吸收和相應(yīng)的固態(tài)太陽(yáng)電池光伏性能的影響。以鈦酸異丙酯為鈦源，水熱溫度為170℃，在TiO2致密層上生長(zhǎng)TiO2納米棒陣列。研究了水熱時(shí)間對(duì)TiO2納米棒陣列的形貌、晶相及光學(xué)吸收的影響;以SnCl2·2H2O、SnCl4·5H2O和硫脲的甲醇溶液為前驅(qū)

4、體溶液，通過(guò)旋涂熱解法制備SnS和SnS2薄膜。研究了熱解溫度對(duì)SnS和SnS2薄膜的化學(xué)組成、晶相、光學(xué)性能和表面形貌的影響。
　　結(jié)果表明在水熱溫度為170℃，水熱時(shí)間為105 min條件下制備的TiO2納米棒陣列的長(zhǎng)度、直徑和面密度分別為600 nm，20 nm和500μm-2。Spin-coating-assistedSILAR過(guò)程中使用EDT（旋涂循環(huán)次數(shù)為20次）獲得的PbS量子點(diǎn)緊緊的連接在一起形成了致密和全覆蓋的P

5、bS量子點(diǎn)薄膜，PbS量子點(diǎn)的平均晶粒尺寸為7.8nm，組裝的太陽(yáng)電池達(dá)到了4.10％的光電轉(zhuǎn)換效率。Spin-coating-assisted SILAR過(guò)程中不使用EDT所獲得PbS量子點(diǎn)薄膜不致密，旋涂循環(huán)次數(shù)為10次、20次和30次不使用EDT的PbS量子點(diǎn)的平均晶粒尺寸為10.9 nm，12.9 nm和15.0 nm，組裝的相應(yīng)的全固態(tài)太陽(yáng)電池分別取得0.77％，0.54％及0.23％的光電轉(zhuǎn)換效率，說(shuō)明EDT能夠控制PbS量

6、子點(diǎn)晶粒尺寸，在結(jié)合TiO2納米棒陣列的情況下可以獲得致密的PbS量子點(diǎn)薄膜，能夠全面提升相應(yīng)的量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)電池光伏性能;水熱溫度為170℃，水熱時(shí)間分別為75 min、100 min和120 min時(shí)，納米棒的長(zhǎng)度、直徑和面密度分別為290 nm，15 nm和710μm-2、540 nm，20 nm和530μm-2、1040 nm，24 nm和300μm-2。陣列長(zhǎng)度為290 nm、540 nm和1040 nm的PbS量子點(diǎn)的平均晶

7、粒尺寸為7.8 nm，組裝的相應(yīng)的全固態(tài)致密PbS量子點(diǎn)薄膜敏化太陽(yáng)電池分別取得2.02％、4.81％和1.95％的光電轉(zhuǎn)換效率。因此，對(duì)于組裝全固態(tài)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)電池，綜合考慮空穴傳輸長(zhǎng)度和量子點(diǎn)擔(dān)載量的平衡是獲得較高光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵所在。SnS和SnS2薄膜的最佳的制備條件為:熱解溫度和時(shí)間分別為320℃，10 min和260℃，2 min。熱解溫度為320℃時(shí)制備的SnS薄膜Sn/S原子比為1∶0.99，具有良好的結(jié)晶度，薄膜呈