基于硒化镉量子点的有机无机杂化太阳电池

摘要

硒化镉(CdSe)纳米晶体是一种合成方法成熟、形貌和带隙调控方便且电子迁移率高的无机半导体，已经被广泛应用于光伏器件、生物标记和发光二极管等领域。在光伏领域，CdSe量子点不仅可以用于量子点敏化太阳电池中，也可以和共轭聚合物复合制备有机无机杂化太阳电池（简称杂化电池），均取得了不错的研究成果。本文以性能优异的CdSe量子点作为研究对象，旨在研究通过不同修饰方法修饰后的CdSe量子点对其与聚合物杂化电池性能的影响，同时探究CdSe量子点作为钙钛矿太阳电池中电子传输材料的可能性。
　　在论文的第一章中，首先介绍了太阳电池的基本知识、杂化电池的结构、用于杂化电池的给体与受体材料以及杂化电池目前的研究进展。在本章的最后，简单介绍了钙钛矿太阳电池的制备方法、结构及其电子传输材料的研究进展。
　　在论文的第二章中，用热注射法合成了尺寸均匀、分散性良好的CdSe量子点。用含有巯基的小分子正丁硫醇(nBT)和乙二硫醇(EDT)分别对CdSe量子点进行修饰，考察其对量子点表面化学状态以及基于P3HT（聚3-己基噻吩）/CdSe杂化电池性能的影响。前处理和后处理均可以有效取代CdSe量子点表面的长链烷基链配体。与前处理相比，用nBT和EDT分子对活性层薄膜进行后处理修饰可以制备得到性能更好的器件。后处理法修饰活性层薄膜后，不仅不会破坏活性层薄膜原有的互穿网络结构，还可以显著提高活性层薄膜的电子迁移率，这些都有利于自由电子和空穴的传输与收集，从而可以制备得到效率更高的器件。
　　在第三章中，率先尝试将聚{4，8-双[（2-乙己基）氧代]苯并[1，2-b:4，5-b']二噻吩-2，6-位-交替-3-氟-2-[（2-乙己基）羰基]噻吩[3，4-b]噻吩-4，6-位}(PTB7)作为电子给体，与CdSe量子点复合制备了一种i-n结构的杂化电池。通过调节给受体比例和活性层的形貌，制备得到了最高能量转化效率为2.61％的杂化电池。CdSe量子点具有较高的电子迁移率和优异的成膜性能。在第四章中，率先将CdSe量子点作为电子传输材料，应用于钙钛矿太阳电池中。通过调节制备CdSe薄膜的退火温度和厚度，通过“一步法”可以在CdSe薄膜上长出表面覆盖率高且结晶性好的钙钛矿光吸收活性层，最终制备得到了最高能量转化效率为11.7％的钙钛矿电池。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 有机太阳电池的工作原理及表征

1．3 杂化太阳电池研究进展

1．3．1 杂化太阳电池的器件结构

1．3．2 有机无机杂化太阳电池的给体和受体材料

1．3．3 杂化太阳电池存在的问题以及改进方法

1．4 钙钛矿型太阳电池研究进展

1．4．1 钙钛矿型太阳电池简介

1．4．2 钙钛矿型太阳电池的电子传输层材料

1．5 课题的意义及提出

第二章 不同修饰方法对CdSe量子点／P3HT杂化电池性能的影响

2．1 实验部分

2．1．1．实验原料

2．1．2 CdSe量子点合成及性质表征

2．1．3 前处理法对CdSe量子点进行修饰

2．1．4 基于CdSe纳米晶体的杂化电池制备方法

2．1．5 后处理杂化电池活性层以及器件性能测试

2．2 结果与讨论

2．2．1 CdSe量子点的性质

2．2．2 硫醇对CdSe量子点表面化学性质的影响

2．2．3 前处理与后处理修饰CdSe量子点对杂化电池性能的影响

2．2．4 前处理与后处理修饰法影响杂化电池性能原因的探究

2．3 本章小结

第三章 CdSe／窄带隙给体聚合物杂化电池

3．1 实验部分

3．1．1．实验原料

3．1．2 CdSe量子点合成及性质表征

3．1．3 基于CdSe／PTB7的杂化电池制备方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 CdSe／PTB7杂化电池结构

3．2．2 CdSe／PTB7杂化电池性能研究

3．2．3 CdSe／PTB7杂化电池性能变化的探究

3．3 本章小结

第四章 CdSe量子点电子传输层在钙钛矿型太阳电池中的应用

4．1 实验部分

4．1．1．实验原料

4．1．2 CdSe量子点合成及性质表征

4．1．3 基于CdSe纳米晶体的钙钛矿型太阳电池的制备

4．2 结果与讨论

4．2．1 基于CdSe纳米膜的钙钛矿太阳电池性质

4．2．2 基于CdSe纳米膜的钙钛矿型太阳电池高性能的原因探究

4．3 本章小结

第五章 主要结论与创新点

主要结论

创新点

参考文献

作者简历以及在学校期间所取得科研成果