基于p型納米晶半導(dǎo)體的介觀太陽能電池界面調(diào)控與光伏特性研究.pdf

1、在第三代光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域中，介觀太陽能電池（Mesocopic solar cells, MSC），如染料敏化太陽能電池（Dye-sensitized solar cell, DSC），由于原材料價(jià)格低廉、制造方法簡單、光電轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)而廣受研究者的青睞。至今為止，DSC最高公證效率達(dá)到了11.9％，鈣鈦礦太陽能電池（Perovskite solar cell, PSC）的最高公證效率為21.3%。
　　界面調(diào)控是提高介觀太陽

2、能電池效率的一種有效途徑。本文我們采用Cu2ZnSnS(Se)4(CZTS(Se))與Ni1-xMgxO兩種p型材料對(duì)電池的界面進(jìn)行調(diào)控，并對(duì)界面修飾材料、敏化吸光材料、電解質(zhì)及對(duì)電極材料（Counter electrode, CE）的界面問題和光伏特性進(jìn)行研究，以期進(jìn)一步提高介觀太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。主要研究成果如下：
　　溶劑熱法成功制備了納米尺寸的新型CZTS(Se)納米晶顆粒，并成功把它作為CE應(yīng)用于量子點(diǎn)敏化太陽能（

3、Quantum dot-sensitiezed solar cell, QDSC）電池中。通過實(shí)驗(yàn)證明，CZTS(Se)的化學(xué)組成成份及后期的退火熱處理都對(duì)該材料的催化性能有很大的影響。利用噴霧的方法把CZTS(Se)的甲苯溶液噴涂在FTO導(dǎo)電玻璃上，膜厚控制在600 nm，然后在450 oC氬氣氛圍下進(jìn)行1 h退火熱處理得到的多孔薄膜作為CE，CdSe敏化的TiO2作為光陽極材料，硫電解質(zhì)作為電解質(zhì)材料，組裝制備的QDSC能得到4.3

4、5%的光電轉(zhuǎn)化效率，比用同比條件下的金屬鉑（當(dāng)前階段常用的對(duì)電極材料）作為CE的QDSC效率高出70%。
　　前一部分工作我們證明了通過高溫退火后的CZTSe納米晶顆粒具有很好的催化活性，但其作為半導(dǎo)體材料，導(dǎo)電性能并不是非常好。在前期工作的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入研究，我們設(shè)計(jì)了CZTSe納米晶與多壁碳納米管（MWCNT）復(fù)合材料作為QDSC的CE。充分利用CZTSe材料高的催化活性以及MWCNT的高傳導(dǎo)電子性能。通過對(duì)CZTSe材料與

5、MWCNT材料的表面改性，能夠使這兩種材料很好的均勻分散在水或是乙醇溶劑中。優(yōu)化這兩種材料的復(fù)合比例，用噴涂的方法獲得對(duì)電極材料。用電化學(xué)阻抗譜及塔菲爾曲線測試分析比較了這兩種材料及其不同比例復(fù)合材料的電化學(xué)催化性能，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)MWCNT與CZTSe的質(zhì)量比為0.1時(shí)具有最好的電化學(xué)性能。也證實(shí)了利用MWCNT的質(zhì)量比為0.1的復(fù)合材料作為CE時(shí)QDSC具有最好的電池性能，電池效率能達(dá)到4.60%。
　　合成了一系列不同 Ni/M

6、g比例的Ni1-xMgxO材料，并把它們作為光陽極材料應(yīng)用于p型DSC（p-DSC）中。當(dāng)Mg的摩爾比例含量從0增加到20%時(shí)，它的光捕獲效率隨著增加，同時(shí)它的費(fèi)米能級(jí)位置也隨之增加。基于Ni0.9Mg0.1O器件的DSC效率最高，比純 NiO器件效率高85%。總體效率的提高主要基于34.4%電流密度、22.5%開路電壓以及13.0%填充因子的提高。通過光捕獲效率、載流子收集效率以及平臺(tái)電位對(duì)其效率的提高進(jìn)行了深入分析。
　　利用