太阳能电池活性层和缓冲层材料及性能的研究

摘要

煤炭、石油等不可再生能源频频告急,能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈,越来越多的国家开始开发太阳能资源,寻求经济发展的新动力。其中,绿色环保的太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位,不但可以代替部分常规能源,而且有望成为世界能源供应的主体。与相对成熟的硅基电池相比,新生代的量子点太阳能电池、杂化太阳能电池等转换效率暂时落后,但是其高理论计算效率值和简易的制备方法使得它们具有广阔的发展空间,同时与硅电池漫长的发展历程相比,新一代太阳能电池的研究时间相对短暂。为了进一步提高新一代太阳能电池的性能,我们必须从各层材料的选择出发,设计更合理的电池结构,优化各层间的界面形貌。
　　本文主要研究了以不同形貌的量子点为主体活性材料的量子点太阳能电池和以二维过渡金属二硫化物为缓冲层的聚合物太阳能电池。具体探讨了量子点活性层的形貌对器件效率的影响以及缓冲层形貌、表面缺陷对器件性能的影响：⑴采用前驱体热注入法制备窄带隙PbS量子点和CdSe量子点,通过调节反应物配比以及反应温度等制备出不同形貌的量子点。⑵通过不同的配体处理方法和适当的表面配体修饰,将量子点材料应用于异质结太阳能电池和基于量子点和共轭聚合物的杂化太阳能电池,对比空气氧化对器件性能的影响。⑶采用改进的离子插层方法制备出具有良好分散性的MoS2、NbSe2、WS2二维层状材料,通过紫外可见光谱、透射电子显微镜、原子力显微镜、同步辐射X射线衍射等表征验证了其薄层结构、插层处理前后的物质组成及成膜形态。⑷将制备出的层状材料作为空穴传输层应用于聚合物太阳能电池中获得了优异的器件效率(~8.1％),通过对缓冲层/活性层的界面研究和器件在不同缓冲层材料下的载流子浓度测试验证了该类层状二维纳米片晶材料有望取代传统的缓冲层材料,进而广泛的应用于有机太阳能电池。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 太阳能电池

1.3 太阳能电池的活性层材料

1.4 太阳能电池的缓冲层材料

1.5 本论文的主要研究工作

第二章 基于量子点材料的太阳能电池的制备及表征

2.1 引言

2.2 PbS和CdSe量子点的合成与表征

2.3 基于量子点活性层的异质结太阳能电池

2.4基于量子点和有机聚合物的杂化太阳能电池

2.5本章小结

第三章 二维层状纳米片晶的制备及表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 基于二维层状纳米片晶空穴传输层的太阳能电池的制备及表征

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 全文总结及展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢