基於n型PbS量子點薄膜的太陽能電池研究

《基於n型PbS量子點薄膜的太陽能電池研究》是依託華中科技大學，由唐江擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於n型PbS量子點薄膜的太陽能電池研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：唐江
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

量子點太陽能電池既具有多激子效應能突破單結太陽能電池33% 的Shokley-Queisser理論極限，又能溶液成膜實現卷到卷連續低成本生產，是新一代太陽能電池研究的前沿和熱點。自2005年首次報導以來，基於p型量子點薄膜的量子點太陽能電池已經獲得外量子效率114%，外部認證5.1%光電轉換效率的器件，發展非常迅速。本項目擬利用本人首次得到的高載流子遷移率、低摻雜濃度的n型PbS量子點薄膜，發展高質量的p型PbS量子點、p型Cu2S 和SnS薄膜製備方法，複合構建新型的p-PbS/n-PbS 同質結和p-Cu2S/n-PbS、p-SnS/n-PbS 異質結量子點太陽能電池。預期通過材料合成和器件製作的系統最佳化，得到光電轉換效率為9%的異質結量子點太陽能電池，達到國際先進水平。

結題摘要

PbS量子點太陽能電池既具有多激子效應有希望突破單結太陽能電池理論極限，又能溶液成膜實現低成本生產，是有潛力的新一代太陽能電池。本面上項目的主要目標是：開展10g級別高質量PbS量子點的合成，構建p型PbS量子點/n型PbS量子點同質結太陽能電池，實現光電轉換效率達9%的PbS量子點異質結太陽能電池。在國家自然科學基金的資助下，申請人完成了此面上項目，具體進展如下：(i) 通過將投料量放大30倍，並調整合成工藝，實現了單批次12g級別的PbS量子點合成，激子吸收峰在800-1000nm可調且尺寸分布窄；(ii) 通過碘離子（I-）鈍化並在惰性氣氛下成膜，獲得了穩定的n型PbS量子點薄膜，再與氫氧化四甲基胺處理的p型PbS量子點複合，通過膜厚和界面最佳化，實現了PbS量子點同質結太陽能電池，獲得了Newport認證的5.4%的電池效率；(iii) 通過Mg摻雜形成寬禁帶的Zn0.9Mg0.1O緩衝層作為電子收集層，碘化四甲基胺處理處理的n型PbS量子點作為吸光層，乙二硫醇處理的p型PbS量子點作為空穴收集層，並將石墨烯引入到吸光層以提高載流子遷移率和收集效率，獲得的光電轉換效率達9.0%的PbS量子點異質結太陽能電池。在完成項目目標同時，在基金的支持下還拓展了PbS量子點薄膜的套用，取得的主要成果有：(i) 利用PbS量子點紅外吸光和低溫成膜特性，製備出歸一化比探測率達到1E12 Jones的柔性光電探測器，並構建出能對波長區分回響的SnS2/PbS量子點複合光電探測器；(ii) 利用PbS量子點比表面積特別大、表面缺陷多且靈活可調的優勢，發展出室溫下對SO2，H2S等氣體回響速度快、靈敏度高、選擇性好的新型氣體探測器，為調控半導體氣體感測器選擇性和改善穩定性開拓了新的機制和方法。總共發表相關學術論文16篇，其中本人為第一或者通訊作者文章13篇，包括5篇IF＞10的期刊論文，授權中國專利1項，培養或者聯合培養了3位博士，組織國際學術會議1次，受邀在國內外做相關學術報告12次，較好的完成了此面上項目。