PbS、FeS_2纳米晶光电性能及在薄膜太阳能电池中的应用研究

【摘要】：太阳能作为一种绿色可再生能源，取之不尽、用之不竭。利用太阳能电池将太阳能转化为电能供人类所用，将有望解决日益严重的能源问题。传统硅电池存在制造工艺复杂、电能价格高等问题，限制了其大规模推广利用。近年来，以高效率、低成本为目标的新型太阳能电池研究发展迅速。其中，PbS量子点太阳能电池具有可溶液工艺制备和潜在的多激子产生效应等特点，有望能在降低制备成本的同时提高电池的能量转化效率，从而引起人们的广泛兴趣。然而PbS量子点太阳能电池目前通常采用“平面”异质结结构，由于量子点薄膜中载流子扩散长度的限制，“平面”异质结结构使电池中的光吸收层厚度通常被限制在200nm左右，不利于电池对太阳光的充分吸收和光生载流子收集效率的提高。为了解决上述问题，本工作提出并制备了“三维”异质结结构量子点太阳能电池，结合电池性能测试结果，比较分析了“三维”异质结结构和“平面”异质结结构对电池性能的影响。 尽管PbS量子点太阳能电池的效率不断提高，但铅具有毒性，由此可能引发的环境问题将限制它们的实际应用和推广，为此本工作对环境友好型黄铁矿（FeS2）材料进行了研究，在合成黄铁矿纳米晶材料基础上，研究了其光电性质及表面配体对其光电性能的影响，以期为进一步利用其制备薄膜太阳能电池提供基础。 本文的主要内容如下： （1）利用三种不同的籽晶层前驱液，即氧化锌溶胶、锌盐水溶液和氧化锌纳米粒子溶液，在ITO衬底上通过化学浴沉积方法（CBD）制备出了一维氧化锌纳米棒阵列薄膜，并在所制备的氧化锌纳米棒阵列薄膜上构筑了具有“三维”（3D）异质结结构的PbS量子点太阳能电池。利用扫描电镜、X射线衍射和透射光谱等研究了籽晶层对氧化锌纳米棒阵列薄膜形貌、结构和光学性质的影响；结合电池性能测试结果，比较分析了“三维”异质结结构和“平面”异质结结构对电池性能的影响。结果表明：在以锌盐水溶液为前驱液得到的籽晶层上生长的氧化锌纳米棒阵列薄膜的取向性最好，氧化锌溶胶次之，纳米粒子的最差；在以锌盐水溶液和氧化锌溶胶为前驱物得到的籽晶层上生长2小时的样品透射率在80%左右；与“平面”异质结结构PbS量子点电池相比，基于氧化锌纳米棒阵列薄膜制备的“三维”异质结结构电池的短路电流可提高40%，表明了“三维”异质结结构有利于载流子的分离和输运。 （2）在合成黄铁矿FeS2纳米晶的基础上，利用紫外-可见-近红外吸收光谱，循环伏安测试和I-V特性曲线测试技术，分析了不同配体对黄铁矿FeS2纳米晶及其薄膜光学性质和电学性质的影响。循环伏安测试表明黄铁矿FeS2纳米晶的电子亲和能和离子势具有很强的配体依赖性：黄铁矿FeS2纳米晶经过本工作所用的四种配体处理后，出现了190meV的能级偏移，其中由碘化物配体处理的黄铁矿FeS2纳米晶薄膜展现了最大的带边能量偏移和明显的光电导性。结果表明，黄铁矿FeS2纳米晶的表面化学态对其电子能级结构具有重要影响，该结果也为黄铁矿在薄膜太阳能电池中的应用提供了基础。 【关键词】：氧化锌 硫化铅 黄铁矿 光电性能 太阳能电池
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.42;TB383.1
【目录】：

• 摘要6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 太阳能电池的研究进展11-13
• 1.2 半导体纳米晶（量子点）太阳能电池13-17
• 1.2.1 PbS 量子点太阳能电池的研究现状13-15
• 1.2.2 FeS_2纳米晶太阳能电池的研究现状15-17
• 1.3 论文的选题依据及主要研究内容17-19
• 1.3.1 选题依据17-18
• 1.3.2 研究内容18-19
• 第二章 实验材料、设备和表征方法19-27
• 2.1 实验试剂19-20
• 2.2 实验仪器20-22
• 2.2.1 真空热蒸发镀膜系统20-21
• 2.2.2 反应系统21-22
• 2.2.3 其它仪器22
• 2.3 材料表征22-27
• 2.3.1 X 射线衍射（XRD）22-23
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）23
• 2.3.3 透射电子显微镜（TEM）23
• 2.3.4 原子力显微镜（AFM）23-24
• 2.3.5 Raman 光谱（Raman）24-25
• 2.3.6 傅里叶变换红外光谱（FTIR）25
• 2.3.7 紫外-可见-近红外光谱（UV-Vis-NIR）25
• 2.3.8 循环伏安测试（CV）25-27
• 第三章 “三维”PbS 量子点太阳能电池的构筑和表征27-37
• 3.1 引言27-28
• 3.2 一维 ZnO 纳米棒阵列薄膜的制备与表征28-32
• 3.2.1 一维 ZnO 纳米棒阵列薄膜的制备28
• 3.2.2 不同籽晶层 ZnO 纳米棒阵列薄膜的 XRD 分析28-29
• 3.2.3 不同籽晶层 ZnO 纳米棒阵列薄膜的形貌分析29-30
• 3.2.4 不同籽晶层 AFM 分析30-31
• 3.2.5 不同籽晶层 ZnO 纳米棒阵列薄膜的光学性质分析31-32
• 3.3 “三维”和“平面”异质结结构 PbS 量子点电池制备与表征32-35
• 3.3.1 PbS 量子点及其薄膜的制备与表征33-34
• 3.3.2 “三维”和“平面”异质结结构 PbS 量子点电池制备与性能表征34-35
• 3.4 本章小结35-37
• 第四章 FeS_2纳米晶的合成及性能表征37-49
• 4.1 引言37-38
• 4.2 FeS_2纳米晶的合成与性能表征38-42
• 4.2.1 FeS_2纳米晶的合成38
• 4.2.2 FeS_2纳米晶 XRD 和 Raman 分析38-39
• 4.2.3 FeS_2纳米晶 TEM 分析39-40
• 4.2.4 FeS_2纳米晶的傅里叶红外光谱（FTIR）分析40-42
• 4.3 FeS_2纳米晶薄膜的制备性能的表征42-47
• 4.3.1 FeS_2纳米晶薄膜的制备42
• 4.3.2 FeS_2纳米晶薄膜 SEM 分析42-43
• 4.3.3 FeS_2纳米晶溶液及薄膜紫外-可见-近红外光谱分析43-44
• 4.3.4 FeS_2纳米晶的循环伏安曲线分析44-46
• 4.3.5 FeS_2纳米晶基光敏探测器的 I-V 曲线分析46-47
• 4.4 本章小结47-49
• 第五章 结论及展望49-51
• 5.1 结论49-50
• 5.2 展望50-51
• 参考文献51-59
• 致谢59-61
• 攻读硕士期间发表的学术论文61

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

薄膜生长基底对FeS_2晶体取向的影响    刘艳辉,孟亮,张秀娟

EDTA辅助水热合成FeS_2NiSe_2复合纳米晶及其薄膜光电性质    吴荣,郑毓峰,张校刚,孙言飞,徐金宝

IV-VI族化合物量子点太阳能电池的制备及其性能研究    翟光美

掺钨氧化钒薄膜的制备及研究    龙航宇;余志明;陈爽;魏秋平;刘学璋;

Fe和Fe_3O_4硫化制备的FeS_2薄膜的性能    刘艳辉;侯玲;范多旺;汪洋;孟亮;

晶体面缺陷对FeS_2薄膜电学性能的影响    井源源;刘艳辉;孟亮;

纳米Ce_(1-x)Co_xO_(2-δ)固溶体的水热合成及表征    张国芳;薛燕峰;许交兴;邱晓清;李广社;李莉萍;

热电池用纳米FeS_2材料的研究进展    杨兆堂;刘效疆;冯秀丽;崔艳华;

配体链长对PbS量子点薄膜/Al肖特基结整流特性的影响    任志瑞;徐建萍;石少波;张晓松;袁虎臣;姜立芳;朱明雪;王丽师;李岚;

PbS纳米晶修饰的ZnO/PVP复合电双稳器件阻变机制    石庆良;徐建萍;王雪亮;王有为;姜立芳;朱明雪;洪源;李岚;

ZnO纳米棒的电沉积生长方法研究    赵振廷;高翻琴;孙永娇;王莹;胡杰;

PbS胶质量子点太阳能电池的性能参数及主要结构    王亚非;王静;高椿明;

基于Ⅲ-Ⅴ族材料制备的高效多结太阳电池最新技术进展    付蕊;陈诺夫;涂洁磊;化麒麟;白一鸣;弭辙;刘虎;陈吉堃;

金属硫族半导体纳米材料的液相控制合成及机理研究    曹红亮

纳—微米黄铁矿晶须结晶行为研究    寇大明

ZnO物理性能的尺寸、温度、压强和多场耦合效应    李建伟

FePt和Fe_3O_4及其复合材料的化学合成、自组装与性能研究    周鸣鸽

一维单晶TiO_2纳米阵列的可控制备及其在太阳能电池中的应用研究    周正基

ZnO光电极微纳结构设计及界面电荷复合机制    楼燕燕

硫族铅化合物量子点的水相合成及其光学性质表征    于雅鑫

基于MOCVD-ZnO：B前电极的pin型超薄非晶硅太阳电池的初步研究    王利

Cu_2ZnSnS_4光电薄膜的电沉积制备与物理性能研究    贺显聪

光子带隙调制光物理过程的研究    刘震东

溶剂热技术合成硫化铁和硫化镍纳米粉体    郭传华

黄铁矿的光电性能研究    王秀红

气相沉积薄膜的择优取向及其价电子结构分析    张晓军

水热溶剂热法制备CoS_2、NiS_2粉体的研究    张玲

铁基底上选择性合成FeS和FeS_2纳米片薄膜及其在双光电极太阳能电池中的应用    胡

反应磁控溅射制备掺钨氧化钒薄膜的研究    陈爽

水热法合成FeS_2的性能研究    蔡慧生

水热合成正极材料FeS_2及性能研究    部冬双

黄铁矿生长机制实验研究    杨大勇

热电池用CoS_2的合成及其薄膜电极的制备    吕坤

FeS_2薄膜的制备和性能    孟亮,黄伟,涂江平,刘茂森

Fe膜硫化合成FeS_2薄膜的光电性能    孟亮,黄伟,刘艳辉

Cd(S,Se)薄膜的结构及退火环境对其电导性能的影响    郑毓峰,邓榕平,查朝征,戴伯荣,石磊,周贵恩

半导体SnO_2纳米微粒的光学特性    余保龙,吴晓春,陈文驹,邹炳琐,张桂兰,汤国庆

a-C:F薄膜的热稳定性与光学带隙的关联    杨慎东,宁兆元,黄峰,程珊华,叶超

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)交联改性研究    揣成智;唐晓朝;王崇林;唐卫东;王华山;

酶催化合成高分子量聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其材料特性    安思源;朱晶莹;卢滇楠;刘铮;

超声法制备PbS纳米晶    俞娇仙;刘素文;修志亮;潘杰;崔晓鹏;于伟娜;

苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物/PbS纳米棒复合材料的制备与表征    曾琳钧;马海红;任凤梅;周正发;徐卫兵;

降解塑料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)产业化    

利用X—射线光电能谱研究方铅矿浮选时戊基钾黄药在PbS沉淀上的吸附    方明;

利用 X—射线光电能谱研究方铅矿浮选时戊基钾黄药在PbS沉淀上的吸附    

低温水热前驱物技术制备单晶PbS纳米片(英文)    胡寒梅;邓崇海;黄显怀;李燕;孙梅;张克华;

前驱物[S~(2-)]/[Pb_(2+)]摩尔比对PbS纳米晶红外发光光谱的影响    李开祥;张晓松;徐建萍;牛喜平;罗程远;李波;李岚;

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的现状及进展    王斌;许斌;

表面活性剂辅助下低温水溶液中制备PbS纳米棒、纳米带、纳米松针和纳米毛绒花    董丽红;褚莹;

用附着型促进剂PBS制备天然橡胶／蒙脱土纳米复合材料的结构与性能研究    欧阳星;刘岚;傅伟文;贾德民;罗远芳;

PbS化合物研究    陈侃;唐新峰;

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)基降解塑料的研究报告    郑柳春;

正负混合表面活性剂水溶液中星形PbS纳米晶的低温合成    赵娜娜;齐利民;

PbS量子点修饰及其DSSC光伏特性研究    罗芬;王鹏;吴学明;马蓓蓓;王立铎;邱勇;

PbS纳米棒的制备    布俊福;聂茶庚;孙岚;林昌健;

PBS/木粉全降解木塑复合材料的加工流变性能及其应用研究    刘跃军;曾义;范淑红;

特殊形状的PbS纳米粒子的制备    司玲;包建春;王伟;洪建明;

γ射线辐照聚合对PbS纳米微粒/聚合物复合纳米线形貌影响    崔放;崔铁钰;

PBS世界最大生产线在宜试产成功    本报记者 查啸宏

扬州2万吨级PBS生产线试车成功    记者 孙瑞华

PBS生物降解塑料治理“白色污染”    赵引德

中国PBS大步走向产业化    孙瑞华

首个一步法PBS产业化装置运行稳定    记者 孙瑞华

连续闪爆植物纤维对PBS复合材料的增强机理研究    陈福泉

溶剂热法在Pb基片上生长PbS、PbSe和PbS/PbSe合金复合物及其发光性质    徐艳燕

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的合成表征、共混改性及降解性能研究    张新峰

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的改性研究    尹凤银

生物可降解聚酯聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的加工改性研究    尹凯凯

生物可降解PBS基聚酯的分子设计与改性研究    郝瑞

改性提高生物降解材料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）耐撕裂性的研究    孙重晓

PbS量子点的制备及其光电性能研究    岳栋

叶片挤出机加工PBS/木质素复合材料的性能与结构研究    郭锐标

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的改性及其在超临界二氧化碳中溶胀和发泡特性研究    王强

滑石粉及蒙脱土对PBS及其共混物的复合改性研究    赵研