基於氧化鈦納米柱陣列-CuInS2超薄吸收層太陽能電池的研究

《基於氧化鈦納米柱陣列-CuInS2超薄吸收層太陽能電池的研究》是依託武漢理工大學，由甘小燕擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於氧化鈦納米柱陣列-CuInS2超薄吸收層太陽能電池的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：甘小燕
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

超薄吸收層太陽能電池（ETA太陽能電池）因在材料選擇、結構特性和製作成本方面的獨特優勢而成為當前新型太陽能電池方向的研究熱點。本項目提出以TiO2納米柱陣列替代傳統納米晶TiO2，並採用本課題組的特色方法- - 超照嘗籃屑聲輔熱擔料助的連續離子層吸附與反應法，在TiO2納米柱上製備高載流子遷移率的CuInS2薄膜；通過引入緩衝層(In2S3、CdS、ZnS) 對TiO2-CuInS2界面能帶結構進行調控，研究其電學輸運特性和光學特性；製備具有高光請照電轉換效率的TiO2-CuInS2 ETA太陽能電池，系統考察CuInS2組分、微結構以及界面結構等對電池物理性能影響的機理和內在規律。本項目期望解決ETA電池中吸收層在多孔薄膜中可控制備的技術瓶頸，並從深層次揭示界面能帶結構、缺陷態等與電池物理性能的相關性，為構築高效ETA電池提供實驗基礎和科學依據。

結題摘要

納米結構太陽能電池具有低成本和高光電轉換效率，已經成為光電太陽能電池的主要研究方向。本項目面向新型納米結構太陽能電池套用，以一維半導體納米結構為研究對象，探索了多種TiO2納米管陣列、TiO2納糠槳鴉米柱陣列、TiO2-In2S3核殼納米柱和CuInS2薄膜的可控制備，綜合研究了影響其光電轉換性能和載流子傳輸性能的多種因素。 以ZnO納米線陣列為模板，結合溶膠-凝膠塗敷技術，經高溫晶化和濕化學腐蝕處理，成功地在透明導電玻璃基底上製備出多種結構規整、結晶性良好的高長徑比的TiO2納米管陣列，以20 μm厚的TiO2納米管陣列實現了5.7%的光電轉換效率；為了改善TiO2納米管的染料吸附能力，進一步探索了多壁TiO2納米管陣列和三維枝狀TiO2納米管網路的可控制備。研究顯示，與單壁TiO2納米管相比，多壁TiO2納米管和三維枝狀結構TiO2納米管都有效地增加奔臘乃了空間利用率，光電轉換效率分別增加至6.2%和5.74%。 利用低溫水熱法直接在FTO透明導電襯底上製備了單晶TiO2納米柱陣列。通過綜合最佳化，以3μm長坑艱舟的TiO2納米柱陣列獲得宙束挨罪了2.03%的電池轉換效率；採用連續離子層吸附與反應法（SILAR法）製備了均一的具核-殼結構的TiO2-In2S3納米柱陣列，通過調整SILAR過程循環次數有效控制了In2S3殼層的厚度以及可見光吸收截止邊，經30次循環、350℃燒結製備的TiO2-In2S3核殼納米柱陣列的電池性能最佳，其光電轉化效率為0.54%。 採用電化學沉積法製備了多元化合物CuInS2薄膜，研究了CuInS2納米晶薄膜的電化學生長過程和生長控制機理。結果表明，絡合劑的種類和濃度對CuInS2薄膜的電化學生長影響顯著。進一步在單晶TiO2納米柱陣列上採用電化學沉積法製備了TiO2-CuInS2複合膜。結果表明CuInS2納米顆粒均勻的包覆於TiO2納米柱表面，且TiO2-CuInS2複合膜在可見光區存在明顯光吸收。以CuSCN為p型半導體，製備了基於TiO2納米柱-CuInS2的ETA太陽電池，發現其具有太陽能電池特性，但電池光電轉換效率較低，僅為0.08%，表明電池在p型半導體膜注入、電極製作等技術上仍有許多問題需要克服。