CuInS2量子点敏化ZnO基纳米结构太阳能电池的制备与表征

摘要

由于半导体纳米材料具有合成过程简单、对光吸收的可调性、对散射光的敏感性以及容易制成太阳电池等优点，使得半导体纳米材料成为了一种重要的吸光材料。新一代纳米结构体系太阳能电池主要有三类电池：染料敏化太阳能电池(DSSC)、体相异质结太阳能电池(BHJSC)和量子点敏化太阳能电池(QDSSC)。
　　CuInS2半导体量子点因其独特优异的光学电学性质，而广泛应用在太阳能电池中。ZnO具有电子迁移率高、导带底较高、容易调控形态结构等优点，使得ZnO作为QDSSC的光阳极可以提高电池效率。在本论文中，围绕着CuInS2量子点敏化 ZnO基纳米结构太阳能电池的制备与性能研究，制备和研究了CuInS2量子点以及ZnO纳米晶薄膜，将CuInS2量子点和ZnO纳米晶薄膜组装成了光阳极以及太阳能电池并研究了其性能。得出的结论如下：
　　1.采用一步热解法通过调控油酸(OA)的含量制备出了闪锌矿和纤锌矿结构的CuInS2纳米晶。当OA的含量较少时，所得产物是闪锌矿结构的CuInS2量子点；当OA的含量适中时，产物是闪锌矿结构CuInS2量子点和纤锌矿结构CuInS2纳米片的混合物；当OA的含量多时，所得产物是纤锌矿结构的CuInS2纳米片，但当反应进一步的进行时，纳米片又溶解了并重新形成闪锌矿结构的纳米颗粒。通过研究不同物相 CuInS2的生长机理，发现油酸影响了中间产物金属硫醇盐CuIn(SR)x的稳定性，并影响了 CuInS2纳米晶的成核速率，进而影响了 CuInS2纳米晶的物相结构。
　　2.采用热注入法合成出了分散性较好的闪锌矿结构CuInS2量子点，量子点的尺寸为6 nm左右；用溶液处理的方法制备出了ZnO纳米棒阵列，通过改变生长次数可以调控ZnO纳米棒阵列的厚度；用电泳沉积的方法在ZnO纳米棒阵列上沉积了CuInS2量子点，研究了ZnO纳米棒的长度对CuInS2量子点敏化ZnO纳米棒阵列光阳极的光电流的影响，发现增加ZnO纳米棒的长度可以增加光电流。
　　3.采用丝网印刷的方法，利用四针状 ZnO浆料和 TiO2(P25)浆料，在 FTO玻璃上制备了四针状ZnO薄膜以及TiO2和ZnO的复合薄膜；以巯基丙酸(MPA)为双功能连接剂可以让 CuInS2量子点以自组装的方式较好地吸附在 ZnO的表面；研究了TiO2和ZnO的复合对电池性能的影响，发现TiO2和ZnO的复合可以增大短路电流，但减小了开路电压；TiCl4水溶液对薄膜表面处理后可以增大开路电压，用连续离子吸附法在CuInS2量子点表面沉积ZnS钝化层可以提高短路电流。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1引言

1.2 量子点敏化太阳能电池

1.3 CuInS2半导体量子点

1.4 ZnO纳米结构光阳极的研究进展

1.5 CuInS2量子点敏化太阳能电池的研究进展

1.6 选题的思路及研究内容

第2章 CuInS2纳米晶的制备及其物相调控机理研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4本章小结

第3章 CuInS2量子点敏化ZnO纳米棒阵列光阳极的制备与表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 CuInS2量子点敏化ZnO纳米晶太阳能电池的制备与表征

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

附录：研究生期间已发表的学术论文