磷化铟胶体量子点合成及其在敏化太阳能电池中的应用进展

半导体胶体量子点在新型太阳能电池、发光、光电器件和生物医学等领域具有重要的应用价值。目前,对Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族等量子点的合成与应用研究仍然是一个研究热点。磷化铟被认为是Ⅲ-Ⅴ族半导体材料中最有希望替代CdSe和PdS等含镉或含铅半导体的材料。重点对磷化铟胶体量子点的合成方法和其在量子点敏化太阳能电池中的应用现状进行了讨论和展望,并提出磷化铟量子点在合成和光伏应用中面临的问题,期望能为高质量磷化铟量子点的合成以及量子点敏化太阳能电池应用研究提供参考。

CsPbBr3量子点辅助结晶制备高效钙钛矿太阳能电池

钙钛矿活性层是钙钛矿太阳电池中的重要组成部分,其成膜质量影响着钙钛矿太阳能电池的器件性能.该文介绍了一种晶体种子辅助钙钛矿薄膜结晶的方法,即在PbI2溶液中预先引入少量的CsPbBr3量子点作为种子晶体,诱导钙钛矿的自下而上结晶,促使形成高质量的钙钛矿薄膜.扫描电子显微镜结果显示,CsPbBr3量子点引入后,钙钛矿薄膜形貌明显改善,晶粒增大、薄膜针孔消失,这表明了CsPbBr3量子点作为种子晶体能够促进钙钛矿薄膜晶粒生长,改善钙钛矿薄膜形貌.高质量的钙钛矿薄膜有助于减少钙钛矿晶界,提升光吸收性能,抑制光生载流子复合,进而提升器件的光电转换性能.最后,将改进后的钙钛矿薄膜组装成太阳能电池,其最佳光电转换效率为20.64%,相应的开路电压为1.08 V、短路电流为24.0 mA·cm^(-2)、填充因子为79.64%.

BaSnO_(3)电子传输层在量子点太阳能电池中的应用

电子传输层作为新型薄膜太阳电池重要组成部分承担光生电子的传输角色。研究通过简单共沉淀法合成尺寸分布较好的三元BaSnO_(3)(简称BSO)纳米晶,考察了不同热处理温度对BSO相形成影响规律,XRD测试结果表明:升高温度有利于降低纳米晶中碳酸钡等杂质含量,提高BSO纳米晶相纯度。将合成的BSO纳米晶首次作为电子传输层材料应用于PbS胶体量子点太阳能电池中,在1200℃(2 h)条件下合成的BSO纳米晶对应器件性能优于商业TiO2纳米晶对照组,这主要得益于BSO/PbS量子点界面电荷的高效萃取和低复合。对应同批次最佳器件的性能为:Jsc=25.199 mA·cm^(−2)、Voc=0.480 V、FF=0.534及PCE=6.454%,且表现出良好的工作稳定性。该工作证实BaSnO_(3)纳米材料可作为量子点太阳电池电子传输材料使用,为今后进一步提升同类型器件的性能提供参考。

碘化苯乙胺对量子点修饰的钙钛矿太阳能电池光电性能的影响

量子点中存在的有机绝缘配体较多,在使用CsPbI_(2)Br量子点(QDs)对钙钛矿太阳能电池吸光层界面进行修饰时会导致电池器件的电荷传输性能下降。因此我们通过将钙钛矿吸光层浸泡于1mg/m L碘化苯乙胺(PEAI)的乙酸乙酯溶液中,通过控制浸泡时间的长短来去除CsPbI_(2)Br量子点中的有机绝缘配体,以提高钙钛矿太阳能电池器件的电荷传输性能,进而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率(PCE)。最终得到的钙钛矿太阳能电池器件的光电性能得到显著的增强,PCE从10.50%提升到12.05%。

胶体CdSe量子点敏化TiO_(2)太阳能电池中光电转换行为研究

以NaSeH_(4)水溶液、Cd^(2+)水溶液及巯基乙酸为原料采用水热法制备了水溶性CdSe量子点(QDs),并直接敏化在TiO_(2)光阳极上用于量子点敏化太阳能电池(QDSSC)。通过NaSeH_(4)的用量实现了CdSe QDs的尺寸调节和光谱响应范围调控。光伏性能分析表明尺寸约6nm的CdSe QDSSC效率达到2.26%,明显高于尺寸约4nm和10nm的CdSe QDSSC效率(分别为0.62%和1.39%)。光谱和阻抗分析表明合适的CdSe QDs尺寸能扩大光捕获效率并减少光阳极-电解液界面间的电荷复合,从而提高了光电转换效率。

新材料大幅提升太阳能电池量子效率

据最新一期《科学进展》杂志报道,美国理海大学研究人员开发出一种新材料,可大幅提高太阳能电池板效率。使用该材料作为太阳能电池活性层的原型表现出80%的平均光伏吸收率、高光生载流子生成率和高达190%的外量子效率(EQE:External Quantum Efficiency)。这一指标远远超过了突破硅基材料的肖克利-奎瑟理论效率极限,并将光伏量子材料领域推向新高度。

NiO光电阴极膜厚对量子点敏化太阳能电池性能的影响

为探究量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)中光阳极薄膜材料的最佳制备条件,通过一步高温水热法合成p型NiO纳米颗粒,并采用超声法将其制备成NiO浆料,丝网印刷在导电玻璃上以形成NiO薄膜.NiO薄膜可作为量子点敏化太阳能电池的光电阴极,结合Cu2S对电极和多硫化物电解质组装成太阳能电池.通过对不同膜厚NiO光电阴极薄膜的研究及反复测试,结果表明:当NiO薄膜材料膜厚为21μm时该电池存在最高的光电转换效率.

AlGaN合金的原子层沉积及其在量子点敏化太阳能电池的应用

本文探究了c面蓝宝石衬底上AlGaN三元合金的等离子增强原子层沉积生长,同时结合量子点敏化太阳能电池的制备,研究了AlGaN合金的作用.AlGaN三元合金在原子层沉积过程中,薄膜与衬底的界面以及带隙都与Al组分有关.高Al组分时,AlGaN合金薄膜与衬底之间有较好的界面,然而Al组分降低时,界面变得粗糙.原子层沉积制备的AlGaN合金具有较高的带隙,与薄膜内的氧含量有关.随后,将AlN/GaN循环比例为1∶1的AlGaN薄膜分别制备CdSe/AlGaN/ZnS和CdSe/ZnS/AlGaN结构电池并进行了量子点太阳能电池的制备和分析.结果发现,AlGaN对量子点和TiO2有修饰钝化作用,可以包裹和保护TiO2和CdSe量子点结构,从而避免了光生载流子的复合.这种修饰作用也体现在改善量子点太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子和光电转化效率方面,尝试从原子层沉积制备的AlGaN薄膜在改变载流子传输方面进行讨论.

基于太阳能电池用稀土掺杂量子点材料的制备及光电性能研究

基于水热法和旋涂法制备了不同Eu掺杂浓度(0,0.05,0.10和0.15 mol/L)的ZnO量子点,在Eu掺杂ZnO量子点的基础上制备了光阳极薄膜,并以此为光阳极制备出量子点敏化太阳能电池。研究了Eu掺杂浓度对ZnO薄膜微观形貌、晶体结构、光谱性能及电池光电性能的影响。结果表明,水热法制备出的Eu掺杂ZnO纳米棒属于六方纤锌矿结构,Eu的掺杂未生成新的产物,但细化了ZnO纳米棒阵列的直径,直径分布为45~60 nm,高度约为1.2μm,ZnO纳米棒的取向性和均匀性得到了改善。Eu掺杂后缩小了ZnO的禁带宽度,降低了ZnO的光致发光强度,提高了电子对的分离能力。当Eu掺杂浓度为0.10 mol/L时,ZnO的禁带宽度最小为3.09,且光致发光强度最低。Eu的掺杂改善了基于ZnO为对电极组装的量子点敏化太阳能电池的光电性能,当Eu掺杂浓度为0.10 mol/L时,光电转换效率最高可达4.03%,对电极的电荷传递阻抗最低为1.38Ω,对应对电极的交换电流密度最大为9.92 mA/cm^(2),光电性能最佳。

量子点为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池性能研究

目的:合成CdSe量子点并作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层,研究其量子点和太阳能电池的性能。方法:利用气-液法制备不同发光波段的CdSe量子点,分析反应温度对量子点性能的影响。沉积CdSe量子点膜层作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层,并对组装的电池光伏性能进行评价。结果:在210℃下合成分散性较好,尺寸较均匀的闪锌矿型CdSe量子点,尺寸约为2.5 nm。CdSe膜层作为空穴传输层的电池开路电压为1.05 V、短路电流为22.5 mA/cm^(2),填充因子为0.65,光电效率为17%。而没有量子点为空穴传输层的电池效率为14.9%。结论:CdSe量子点引入可产生更多光生载流子,同时改善空穴传输层和钙钛矿膜层间的界面接触,空穴迁移率高,有利于提升电池的光伏性能。

开放环境下制备PbS胶体量子点太阳能电池研究

溶液制备PbS胶体量子点薄膜太阳能电池制作成本低且输出性能可观一直受到广泛关注。然而器件内部的吸收层与空穴传输功能层材料对环境的敏感性阻碍其发展应用,本文报道在大气环境下基于一次性油墨成膜路径制备PbS胶体量子点薄膜太阳能电池。研究证实以三水合乙酸铅为起始原料合成PbS胶体量子点的尺寸分布及其空气稳定性较好,后期在油墨中引入钝化剂3-巯基丙酸可进一步加强油墨的稳定性并提升电池性能。优化后器件相较对照组器件的电压(V_(oc))和填充因子(F.F.)均有所改善。最后在标准测试条件下,优化组器件的输出性能参数分别为:J_(sc)=23.961 mA/cm^(2)、V_(oc)=0.63 V、F.F.=64.7%及PCE=9.767%,且未封装条件下表现出良好的输出稳定性,30天后在相对湿度RH=10%以下空气环境下仍然保持原有92.48%效率值。

钙钛矿量子点在光伏电池中的应用进展

近年来,钙钛矿量子点以其带隙可调、性能稳定、可溶液加工等独特优势被广泛应用于光伏能源领域,并逐渐显示出广阔的应用前景。本文基于钙钛矿量子点在太阳能电池领域的应用,重点归纳了其分别作为光吸收材料、钝化材料、界面缓冲材料等方面的进展;同时探讨了目前钙钛矿量子点在能源领域商业化应用中面临的稳定性、铅毒性、成膜工艺等挑战和已报道的解决方案;最后,总结和展望了具有更高光电性能和稳定性的钙钛矿量子点的发展方向,旨在通过对其在光伏电池应用的系统梳理,推动量子点商业化应用进程。

硅BC8量子点太阳能电池中的多重激子效应

多重激子效应是指在纳米半导体晶体中,量子点吸收一个高能光子而产生多个电子-空穴对的过程,该效应可以提高单结太阳电池能量转换效率。利用碰撞电离机制和费米统计模型计算了工作温度300 K的单结硅BC8量子点太阳能电池在AM1.5G太阳光谱下的能量转换效率。对于波长在280~580 nm的入射光,多重激子效应可以大幅增强硅BC8量子点直径d>5.0 nm的量子点太阳电池的能量转换效率。硅纳米量子点的直径d=6.3~6.4 nm时,最大能量转换效率为51.6%。

太阳能硅光电池最大功率点跟踪算法的仿真及试验

目前,中国的太阳能光伏发电应用已渗透到工、农业生产的各个领域。由于太阳辐射的波动性和随机性,太阳能硅光电池的光电转换效率并未得到最大化利用,波动引起的系统运行状态的瞬时变化也容易对作业设备造成一定损耗。为解决这一问题,本研究选取常用的太阳能硅光电池为研究对象,提出一种基于扰动观察的太阳能硅光电池最大功率点跟踪检测算法并应用于太阳能发电装置,通过与传统工作方式进行对比试验,试验结果表明采用该方法电能输出功率提高11%,较好地抑制了电能输出的波动性。

量子点敏化太阳能电池研究进展

量子点敏化太阳能电池(QDSCs)因其制备成本低、工艺简单及量子点(QDs)本身的优异性能(如尺寸效应、多激子效应)等优点,近年来受到广泛关注。在此类电池中,无机半导体量子点敏化剂作为吸光材料,其自身的光电性质、制备方法、表面缺陷、化学稳定性及其在TiO_2光阳极上的敏化方法等是影响电池性能的关键。本文综述了无机半导体量子点敏化剂(包括窄带隙二元量子点、多元合金量子点及Type-II核壳量子点)的最新研究进展,重点介绍了胶体量子点的制备方法;分类阐释了量子点在TiO_2光阳极表面的沉积与敏化方法,特别是双官能团辅助自组装吸附法;总结了针对提高电子注入效率和减少复合的量子点表面修饰方法;最后简要介绍了QDSCs的电解质和对电极的研究进展。

量子点敏化太阳能电池研究进展

综述了量子点敏化太阳能电池的结构、工作原理和量子点敏化剂的特性,并根据量子点敏化剂的组成进行分类,分别介绍了近期研究进展。量子点敏化剂的结构以及宽带隙材料的纳米结构对太阳能电池的性能都有影响,若制备的敏化剂粒径呈梯度分布,则可充分发挥量子点敏化剂的宽吸收特性;量子点和垂直生长在导电衬底上的一维纳米线或纳米管阵列相结合,光生电子直接传输到电极,能有效提高量子点敏化太阳能电池的效率。最后,结合现存问题提出了今后的研究方向。

CdSe／ZnS量子点敏化太阳能电池电子注入与光伏性能表征

合成了CdSe/ZnS核壳结构量子点(QDs),将其作为光敏剂吸附在TiO2纳米晶薄膜上,组装成量子点敏化太阳能电池(QDSSCs),从电子注入速率和电池性能两方面对QDSSCs进行了表征.为了定量研究ZnS层包覆对电子注入的影响,运用飞秒瞬态光谱技术,测试了包覆ZnS前后,CdSe-TiO2体系的电子注入速率.实验测得ZnS包覆前后电子注入速率分别为7.14×1011和2.38×1011s-1,可以看出包覆后电子注入速率明显降低,仅为包覆前的1/3.电池器件J-V性能测试表明,ZnS作为绝缘层包覆在CdSe的表面有效提高了QDSSCs的填充因子和稳定性,但同时也导致了效率的降低.上述结果说明了电子注入速率的降低是导致电池电流和效率下降的重要原因,为今后优化核壳结构QDSSCs的电流和效率提供了依据.

温度对多硫电解质及量子点敏化太阳能电池性能的影响

采用电化学的方法研究了温度对多硫电解质导电性能及量子点敏化太阳能电池光电性能的影响.结果表明:随着温度的升高,电解质的电导率逐步升高,多硫离子在电解质中的扩散阻力变小;另外,随着温度的升高,量子点敏化太阳能电池的光电转化效率逐渐降低,这主要是由于在较高的温度下,电池的暗反应逐渐增大和量子点的脱附引起的.

量子点敏化太阳能电池研究进展

量子点敏化太阳能电池(quantum dot-sensitized solar cells,QDSSCs)由于其理论转化效率高(44%)、带隙可调、价格低廉和稳定性好等优点引起了广泛关注。本文就QDSSCs的结构组成、工作原理、量子点(quantum dots,QDs)的合成方法、限制效率的因素以及优化方法等进行了综述,总结了量子点的两种合成方法即原位沉淀法和非原位沉淀法。与此同时,分析了目前影响QDSSCs效率的主要因素,如电子-空穴对的复合、光阳极结构不完善、电解质性能不佳等,最后对如何提高QDSSCs光电转化效率的研究重点和方向进行了展望,指出可通过改性量子点敏化剂、优化光阳极半导体及改善量子点与半导体间的界面特性等方法提高转换效率。

掺杂石墨烯量子点对P3HT:PCBM太阳能电池性能的影响

为研究掺杂石墨烯量子点(GQDs)对聚合物电池的影响,采用溶剂热法制备了GQDs,掺杂到聚3-己基噻吩和富勒烯衍生物(P3HT∶PCBM)中作光敏层制备了聚合物太阳能电池。掺杂不同浓度的GQDs后,聚合物电池的开路电压和填充因子都比未掺杂器件高。GQDs掺杂质量分数为0.15%时,形成的掺杂薄膜平整、均匀,填充因子提高了17.42%。GQDs经还原后,随还原时间的延长,填充因子FF增大。到45 min时,电池的FF基本稳定,从31.57%提高至40.80%,提高了29.24%。退火后,获得了最佳的掺杂GQDs的聚合物太阳能电池,开路电压Voc为0.54 V,填充因子FF为55.56%,光电转换效率为0.75%。