铜铋硫化物纳米薄膜原位反应制备及敏化TiO2光伏电池特性

摘要

太阳能电池作为一种清洁无污染的新能源利用技术而受到广泛关注，本文对太阳能电池的发展史、分类、结构及原理、发展状况及存在的问题等进行了综述。迄今为止，太阳能电池仍存在光电转化效率低、生产成本高和环境污染等问题。
　　CuS和Bi2S3作为无毒的半导体材料，其块体禁带宽度分别为2.2 eV和1.3 eV，同时具有优良的电学性能、光学性能和光电化学性能，所以在光伏器件等方面具有巨大的应用潜力。目前化学浴沉积(CBD)和连续离子吸附反应法(SILAR)是制备金属硫化物薄膜常用的制备方法，然而CBD存在资源利用率差和薄膜厚度存在限制等问题，而SILAR的薄膜沉积速率慢，低于1 nm/次。针对此，本论文探索其他制备方法沉积CuS和Bi2S3薄膜的可能性，并对二者的光学和光电性能进行了考察。主要工作如下：
　　(1)以 Cu2+固态先置膜为阳离子源，(NH4)2S为阴离子源，采用原位反应法制备 CuS薄膜。系统的研究了溶液各组分的含量，循环次数和热处理温度对薄膜结构、形貌和光电性能的影响。研究表明，沉积的 CuS薄膜由垂直于基底，沿(102)晶面取向生长的半片状结构组成，薄膜的沉积速度达到了9 nm/次，且原位反应沉积法具有自完善的功能，通过增加镀膜次数可使薄膜形貌变得光滑、平整。对不同制备条件下的CuS薄膜的光电流密度进行分析研究，发现40次循环次数所制备的并在200℃下热处理的薄膜的光电流密度最高，在1 V偏压下可达14.5 mA/cm2。
　　(2)以 Bi3+固态先置膜为阳离子源，(NH4)2S为阴离子源，采用原位反应法制备Bi2S3薄膜。同样，研究了热处理温度和循环次数对薄膜结构、形貌和光电性能的影响。研究表明，常温所制备的薄膜为无定形结构，热处理之后结晶度得到改善，为斜方相结构，并且由细小颗粒长成短棒状晶体。薄膜的平均沉积速度高达40 nm/次，8次循环次数所制备的并在300℃下热处理的薄膜具有最好的光电特性，光电流密度在0.5 V偏压下为5.03 mA/cm2。
　　(3)采用原位反应法制备了 Bi2S3敏化TiO2光阳极和Bi2S3/C uS双量子点共敏化TiO2光阳极，并探讨了其光学和光电性能。测试结果表明，量子点敏化TiO2薄膜的在可见光区域的吸收范围明显增大，光响应得到大幅度提升，其中Bi2S3/CuS双量子点共敏化TiO2电池短路电流高达5.24 mA/cm2，光电转化效率可达0.293％。

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第一章 文献综述

1. 1 引言

1. 2 太阳能电池的发展

1. 3 太阳能电池的分类

1. 4 量子点敏化太阳能电池

1. 5 量子点敏化太阳能电池的发展现状

1. 6 Bi2S3和CuS材料

1. 7 金属硫化物薄膜的制备方法

1. 8 课题的提出

第二章 实验过程与方法

2. 1实验原料与设备

2. 2 实验方法

2. 3 表征手段

第三章 原位反应法CuS薄膜的制备与特征

3. 1 结果与分析

3. 2 本章小结

第四章 原位反应法Bi2S3薄膜的制备与特征

4. 1 结果与分析

4. 2 本章小结

第五章 Bi2S3、CuS量子点敏化TiO2光阳极的制备及其光电特性

5. 1 结果与讨论

5. 2 本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢