掺杂半导体量子点敏化太阳能电池的研究

摘要

量子点敏化太阳能电池(QDSCs)作为染料敏化太阳能电池(DSSCs)的一个分支，已经引起了研究者的广泛研究。这是由于量子点敏化太阳能电池有方法简单，生产成本相对较低以及理论转换效率相对较高的特点。但是量子点敏化太阳能电池同时有电子空穴容易复合且光生电子数量有限的缺点。为了有效改善这些缺点，我们首先对已有量子点敏化体系CdS与In-doped-PbS(2)/In-doped-CdS(6)进行了简单优化探究及对电极探究;接着通过对量子点敏化太阳能电池进行掺杂获得p型量子点与n型量子点，构建pn结，形成尽可能宽的耗尽层，利用电场有效分离电子空穴，有效的增加了光电子的产率;最后，论文探究了Cu、In元素单独掺杂CdS/CdSe与两种元素同时掺杂CdS/CdSe对量子点敏化太阳能电池的影响。本论文的具体研究内容如下:
　　1、探究Pt、C及Cu2S对电极对电池性能及稳定性的影响，利用Cu2S对电极提升电池的填充因子到0.6，电池长时间光照后对电流影响不大，电池更稳定;对已有量子点敏化体系TiO2/In-doped-PbS(2)/In-doped-CdS(6) QDSCs无机ZnS钝化，修饰薄膜表面陷阱态，减小电子空穴复合，将光电流从2.42 mA/cm2提升到5.64mA/cm2;对TiO2/Cu-doped-CdS/Bi-doped-CdS QDSCs进行了简单有机巯基乙酸优化探究，用巯基乙酸作量子点与TiO2基底的连接剂，有利于电子传输，电池的效率达到了2.91％。
　　2、在阳离子溶液中加入所掺杂元素的可溶性盐，制备p型半导体量子点和n型量子点，探究单独掺杂对QDSCs的影响，Cu掺杂之后提升了本征半导体CdS的导带，形成n型掺杂，有效的提升了电池的光电流;Bi掺杂之后为p型掺杂，受主杂质复合光电子，降低了电池的光电流。将n型Cu掺杂CdS与p型Bi掺杂CdS纳米晶构建同质pn结量子点太阳电池后，通过表征测试讨论了pn结构内建电场的影响，进而讨论对QDSCs的性能影响，电池填充因子及电压都有所增加。
　　3、针对CdS/CdSe体系，进行了Cu元素与In元素单独掺杂与同时掺杂探究，讨论掺杂后导带调整对QDSCs性能的影响。通过对其能级是否匹配分析，得到了能级匹配较好的CdS/Cu-doped-CdSe体系，并对其进行无机ZnS钝化和使用Cu2S对电极优化处理，得到了1.46％的光电转换效率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 量子点敏化太阳能电池

1．2．1 量子点敏化太阳能电池简介

1．2．2 量子点敏化太阳能电池各个组成部分概述

1．2．3 量子点敏化太阳能电池的工作原理

1．3 掺杂量子点敏化太阳能电池

1．4 pn结量子点敏化太阳能电池

1．4．1 pn结微晶硅与pn结量子点敏化太阳能电池简介

1．5 本论文的设计思想及研究内容

第2章 量子点敏化太阳能电池的制备仪器试剂表征及测试

2．1 制备仪器试剂

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验用仪器

2．2 量子点敏化太阳能电池的具体制备

2．2．1 光阳极的制备

2．2．2 电解液的制备

2．2．3 对电极制备

2．2．4 量子点敏化太阳能电池的组装

2．3 光阳极薄膜材料及量子点的参数表征

2．4 本章小结

第3章 对电极及量子点敏化剂表面修饰探究

3．1 引言

3．1 量子点表面修饰及Pt、C与Cu2S对电极对比

3．2．1 实验部分

3．2．2 实验结果与讨论

3．3 本章小结

第4章 Cu和Bi掺杂CdS量子点敏化太阳能电池探究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 Cu、Bi掺杂CdS量子点光阳极表征分析

4．3．2 cu、Bi掺杂CdS量子点敏化太阳能电池的性能测试

4．4 本章小结

第5章 Cu或In单独掺杂CdS／CdSe量子点敏化太阳能电池探究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．3 实验结果与讨论

5．3．1 CdS／CdSe、Cu—doped—CdS／CdSe以及CdS／Cu—doped—CdSe QDSCs的性能分析

5．3．2 CdS／CdSe、ln-doped—CdS／CdSe以及CdS／In-doped—CdSe QDSCs的性能分析

5．4 本章小结

第6章 Cu和In同时掺杂CdS／CdSe量子点敏化太阳能电池探究

6．1 引言

6．2 实验部分

6．3 实验结果与讨论

6．4 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 待解决问题及进一步工作

参考文献

个人简历在读期间发表学术论文与研究成果

致谢