pbs量子点的制备及其光电性能研究

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1、毕业设计(论文)开题报告PbS量子点的制备及其光电性能研究学院资源与材料学院专业材料科学与工程班级姓名张雨琳指导教师2011年6月19日1、研究背景及意义太阳能电池是光伏领域的一个重要应用，其基本工作原理如图1所示。此领域中对于太阳能电池发展历程普遍接受的划分方法是“三代太阳能电池”，即第一代晶体硅太阳电池、第二代异质衬底上的薄膜太阳电池、第三代高效太阳电池[1]。图1太阳能电池工作原理示意图最早的太阳能电池可以追朔到1839年，法国科学家AlxenadreEdmondBecuqerel发现某些物质经过光照后会产

2、生一个电压，这就是最早的光伏效应。这种光照发电效应的发现立即引起许多科学家的兴趣，随后就产生了以硒制作而成的光伏电池，整体的光电转换效率约为1-2%。1954年，美国贝尔实验室研制出第一块半导体太阳能电池，利用半导体的光电效应开始了太阳能发电的新纪元。目前，第一代太阳能电池约占太阳能电池产品市场的86%[2]。由于其成本居高不下，远不能满足大规模推广应用的要求。为进一步降低成本，出现了基于薄膜技术的第二代太阳能电池。在薄膜电池中，很薄的光电材料被铺在衬底上，大大地减小了半导体材料的消耗。薄膜电池在很大程度上解决了

3、太阳能电池的成本问题，但是效率很低。目前商用薄膜电池的光电转换效率只有6%-8%[3]。为了改进第一代、第二代太阳能电池，降低成本、提高光电转换效率，国内外逐渐有人提出了“第三代太阳能电池”。所谓第三代太阳能电池主要是针对提高电池性能、转换效率以及简化工艺流程降低成本为目的的一些新型电池结构。如过去曾有过的叠层太阳能电池：GaInP/GaAs/Ge以及Si，Ge合金电池等。由于在太阳能电池结构正文中文采用宋体小四；英文及数字采用TimesNewRoman，字号为小四，正文段落格式为：首行缩进2字符、行距为1.5倍

4、。中加入不同材料，其禁带宽度Eg不同，使它对太阳光吸收的频谱范围拉宽，从而扩大了对光的吸收能力被认为是提高电池效率的最直接办法[4]。1991年，Grätzel教授将纳米多孔二氧化钛引入染料敏化太阳电池（dye-sensitizedsolarcells，即DSSC）以来，DSSC以其潜在的低成本、相对简单的制作工艺等优势赢得了人们的广泛关注，其转换效率可与非晶硅太阳电池相媲美，是目前唯一可以和非晶硅电池竞争的候选者[5]。染料敏化太阳能电池主要有几个部分组成：透明导电玻璃（TCO/ITO）、纳米TiO2多孔半导体

5、薄膜、染料光敏化剂、电解质和对电极[6]。如下图1.2所示：图2染料敏化太阳能电池结构示意图染料分子是染料敏化太阳能电池的光捕获天线，是染料敏化太阳能电池的重要组成部分，作用是吸收太阳光，将染料分子的基态电子激发到高能态，然后再转移到外电路，因此，它的性能是决定电池转换效率的重要因素之一。量子点敏化太阳能电池，是选择窄带隙半导体量子点作为染料分子作为光敏剂连接到宽带隙半导体如TiO2、ZnO和SnO2等阳极材料上使其达到敏化效果[7]，对光阳极的形貌和成分调控是提高量子点敏化太阳能电池效率的一种途径，也是研究的热

6、点和重点。量子点太阳能电池的极限值可以达到66%左右，而目前太阳能电池的主流晶体硅技术的光电转换效率理论上最多仅为30%。尽管目前尚没有制作出这种超高转换效率的实用化太阳能电池，但是大量的理论计算和实验研究已经证实，量子点太阳能电池将会在未来的太阳能转换中显示出巨大的发展前景[7]。2、国内外在该方向的研究现状及分析染料敏化太阳能电池在上世纪六、七十年代就得到了人们的关注[8-10]，但是由于光电转换效率太低，未能引起重视。1991年，Grätzel教授等人发明了一种纳米晶化学太阳能电池（NPC），以纳米多孔Ti

7、O2膜为半导体电极，以过渡金属Ru以及Os有机化合物为染料，以合适的材料作为氧化-还原电解质，其光电转换效率可达7.1%，这种电池又称染料敏化太阳能电池（DSSC）[11]。1993年，Grätzel等人将这种染料敏化纳米晶太阳能电池的光电能量转换率提高到10%，1997年其转换效率己经提高到了10-11%。1998年，Grätzel小组[12]又研制出了全固态电解质染料敏化纳米晶太阳能电池。这种电池采用固体有机空穴传输材料替代液体电解质，其制造更方便，易于封装，稳定性也更好，其单色光光电转换效率达到33%。目前

8、，日本、美国、澳大利亚等都以开始对染料敏化太阳能电池进行研究。染料敏化太阳能电池具有以下特点：成本低（只有硅太阳能电池的1/5-1/10）、制造工艺简单、性能稳定、重量轻、寿命也可以达到20年以上、适用范围广、易于和建材等材料相结合、发电和储电一体化；其光电转换效率也较高，最高单色光下光电转换效率已经做到33%；可以用柔软的电极基片制成可以卷曲和剪切的太阳能电池，用于标牌