Ⅳ-Ⅵ半导体纳米晶低温液相合成及光伏应用研究

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1、硕士学位论文IV-VI半导体纳米晶低温液相合成及光伏应用研究作者姓名吴荣方学科专业材料物理与化学指导教师覃东欢副研究员所在学院材料科学与工程论文提交日期2018年5月Low-TemperatureLiquidPhaseSynthesisofIV-VISemiconductorNanocrystalsandResearchonPhotovoltaicApplicationsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:WuRongfangSupervisor:A/Prof.QinDonghuanSouthCh

2、inaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN36学校代号：10561学号：201520114134华南理工大学硕士学位论文IV-VI半导体纳米晶低温液相合成及光伏应用研究作者姓名：吴荣方指导教师姓名、职称：覃东欢副研究员申请学位级别：硕士学科专业名称：材料物理与化学研究方向：光电材料与器件论文提交日期：2018年5月4日论文答辩日期：2018年5月31日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：文尚胜委员：宁洪龙、覃东欢、吴为敬、姚日晖摘要本文首先对溶液法加工太阳电池的工艺方法分别进行了详细

3、的介绍，并对纳米晶太阳电池的发展进行了概述，提出探索高效PbS胶体量子点太阳电池制备工艺。着重介绍了合成硫化铅和硒化铅所需的原材料和所使用的实验设备以及前驱体等，其中包括了这些材料的合成制备过程和条件，以及成熟的溶剂热低温合成技术，实现高质量硫化铅和硒化铅纳米晶制备。用标准硅太阳电池组件和太阳模拟光对制备得到的PbS胶体量子点太阳电池进行器件效率测试以及J-V曲线测试，并对影响太阳电池效率因素进行了初级探讨。利用低温液相合成PbS、PbSe等IV-VI半导体纳米晶，采用溶液法加工制备了薄膜太阳电池，对不同溶剂条件下纳米晶太阳电池性能影响进行了深层次的研究。由于Pb

4、S胶体量子点太阳电池在不同溶剂配体（正辛烷、异辛烷、正庚烷、正己烷、甲苯）和不同的溶剂浓度配比等条件下，其光电转换效率不尽相同，这与不同溶剂条件下薄膜的表面形貌（缺陷、均一性、致密性、表面粗糙度等）不同有关。针对这些情况，我们通过在相同的环境条件下对实验组和对照组进行比较，得出实现高效率PbS胶体量子点太阳电池的实验条件和性能改善方法。对于PbS纳米晶太阳电池，研究发现薄膜的平整度、致密度、配体交换策略对器件性能有着重大影响。在已有的文献报导中，通常采用辛烷单一溶剂作为PbS纳米晶的分散溶剂，由于溶剂的粘度、沸点、挥发速率对于所形成的薄膜的质量至关重要，因此研究不

5、同纳米晶分散溶剂以及混合溶剂对于薄膜光电性质、器件性能影响是一个值得探索的研究。经过对高效PbS胶体量子点太阳电池器件性能参数的测定，可得到在最优的混合溶剂（正辛烷95%异辛烷5%）条件下，器件的开路电压（0.54V）和填充因子（53.82%）都得到了大幅度的提高，从而其能量转换效率（PCE=7.64%）也得到大幅度的提高。关键词：纳米晶太阳电池；表面形貌；PbS胶体量子点；溶剂调控；混合溶剂IAbstractInthispaper,thesolutionprocessmethodofquantumdotsolarcellsisintroducedindetail

6、andthedevelopmentofnanocrystallinesolarcellsissummarized.Theoptimizationofsolutionpreparationprocessisexploredtoobtainthehigh-efficiencyPbScolloidalquantumdotssolarcells.Therawmaterialsusedtosynthesizeleadsulfideandleadselenide,andtheexperimentalequipmentaswellasprecursors,includingth

7、esyntheticpreparationprocessesandconditionsofthesematerials,wereintroduced.Thematuresolvothermallow-temperaturesynthesistechniqueswereusedtosuccessfullypreparehighqualityquantumdotmaterialssuchasleadsulfideandleadselenidenanocrystals.ThePbScolloidalquantumdotsolarcellwasmeasuredbyusin

8、gasta