基于硫属化合物量子点的新型光伏器件及其能量转换特性的研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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基于硫属化合物量子点的新型光伏器件及其能量转换特性的研究

项目名称：基于硫属化合物量子点的新型光伏器件及其能量转换特性的研究
项目类别：面上项目
批准号：61076040
申请代码：F040306
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2011-01-01-2013-12-31

项目负责人：蒋阳
负责人职称：教授
依托单位：合肥工业大学
批准年度：2010

中文摘要：

以能级匹配为出发点，依据量子点的相关物性设计构筑异质结和接触势垒是基于半导体量子点的新型太阳能电池研究的关键科学问题。本项目拟根据器件结构的需要和硫属化合物半导体的特性，设计出绿色无膦的液相合成方法和反应体系，获得器件规模的量产量子点。依据金属功函数与半导体能带的匹配以及量子点的带隙特点，研究建立内建能垒的条件和特性，设计构筑肖特基接触和量子点混合体异质结。从基于提高能量转换效率的角度出发指导组分、尺寸、表面态、掺杂态等可调的全光谱吸收的量子点的合成。研究改变激子分离界面与传输通道、迁移率、内建电势以及基于量子点太阳能电池的等各种结构参数，研究利用量子点的带隙可变特性进行全光谱光电转换机制，为低成本高效率液相途径量子点太阳能电池的研究提供新的思路。

中文主题词：量子点；太阳能电池；绿色化学；肖特基结；全光谱吸收

英文摘要：

Quaantum Dots；Solar cells；Green Chemistry；Schottky didoe；Full solar spectrun absorption

英文主题词： Quaantum Dots；Solar cells；Green Chemistry；Schottky didoe；Full solar spectrun absorption

结论摘要：

本项目根据光电子器件结构的需要和族硫属化合物的特性，设计出绿色无膦的液相合成方法和反应体系。建立基于电化学途径水相体系合成鍗化物量子点的合成装置，避免剧毒有机金属前驱体的应用,适合规模化合成。合成的巯基乙酸（TGA）稳定的高度分散的的CdTe、CdZnTe，最高量子产率超过60%，荧光发射波长460-700纳米可调。发展了一步法制备VI 族三元、二元半导体量子点技术路线，获得的CIS，PbS量子点具有从800到1200纳米的近红外吸收的特点以及高度的单分散性。采用阳离子交换法制备Zn1-xCdxSe量子点，仅需通过控制Cd/Zn比，使荧光发射光谱从410纳米至650纳米变化，覆盖整个可见光区域。在有机相体系中利用一个类三元合金包壳的合成方法，成功制备了CdS:Mn2+，CdSCu2+掺杂量子点。我们选择PbS，CdSe量子点构建场效应器件研究其电传输特性，研究表明PbS、CdSe量子点分别具有p、n型导电特性，首次直接测量了量子点的输运性质，研究了表面修饰与表面态对量子点特性的影响。在量子点光电转换特性研究方面，本项目研究了系列新型的包括肖特基结、耗尽异质结、耗尽体异质结、多结型等量子点光伏器件结构。构造了ZnO纳米线-PbS体异质结型量子点电池，通过对该体系的优化，我们发现～400nm的纳米线性能最佳，其光电转换效率达到5%以上。构筑了基于PbS量子点的耗尽体异质结型光伏器件，对n型结构电极的开发与制备、电极的界面修饰，结合PbS量子点的能带结构特点，选择n型的ZnO纳米线作为与PbS量子点匹配的结构电极。构筑了TiO2纳米线网络电极-PbS体异质结型光伏器件，得到的量子点电池开路电压为0.60V，短路电流为22.84mA/cm2,填充因子达到54.1%，相应的光电转换效率达到7.4%。此外，我们对一维结构的掺杂及基于一维纳米结构的光电转换特性进行研究。成功构建了基于单根n型镓掺杂CdS纳米带、n型镓掺杂CdSe纳米带与p型硅的异质结光伏器件, 以及n型掺杂纳米带与Au形成的肖特基型光伏器件。研究表明所制备的器件都展示了良好的二极管整流特性。在光照条件下，这四种光伏器件都能够观察到显著的光伏特性。本项目的研究为硫属化合物量子点的绿色化学合成以及基于该量子点的光伏光电器件奠定了理论与技术基础，为新一代量子电池的发展提供一条新的思路。

成果综合统计