基于p型納米晶半導體的介觀太陽能電池界面調控與光伏特性研究.pdf

1、在第三代光伏發電技術領域中，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），由于原材料價格低廉、制造方法簡單、光電轉化效率高等優點而廣受研究者的青睞。至今為止，DSC最高公證效率達到了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型材料對電池的界面進行調控，并對界面修飾材料、敏化吸光材料、電解質及對電極材料（Counter electrode, CE）的界面問題和光伏特性進行研究，以期進一步提高介觀太陽能電池的光電轉化效率。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應用于量子點敏化太陽能（

3、Quantum dot-sensitiezed solar cell, QDSC）電池中。通過實驗證明，CZTS(Se)的化學組成成份及后期的退火熱處理都對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導電玻璃上，膜厚控制在600 nm，然后在450 oC氬氣氛圍下進行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，硫電解質作為電解質材料，組裝制備的QDSC能得到4.3

4、5%的光電轉化效率，比用同比條件下的金屬鉑（當前階段常用的對電極材料）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，但其作為半導體材料，導電性能并不是非常好。在前期工作的基礎上進一步深入研究，我們設計了CZTSe納米晶與多壁碳納米管（MWCNT）復合材料作為QDSC的CE。充分利用CZTSe材料高的催化活性以及MWCNT的高傳導電子性能。通過對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。優化這兩種材料的復合比例，用噴涂的方法獲得對電極材料。用電化學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合材料的電化學催化性能，研究發現當MWCNT與CZTSe的質量比為0.1時具有最好的電化學性能。也證實了利用MWCNT的質量比為0.1的復合材料作為CE時QDSC具有最好的電池性能，電池效率能達到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用于p型DSC（p-DSC）中。當Mg的摩爾比例含量從0增加到20%時，它的光捕獲效率隨著增加，同時它的費米能級位置也隨之增加?；贜i0.9Mg0.1O器件的DSC效率最高，比純 NiO器件效率高85%?？傮w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電位對其效率的提高進行了深入分析。
　　利用