基于MoS2为光电传输材料的太阳电池的研究

作     者：苏子亭 

作者单位：河北科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝彦忠;孙宝

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：TiO2纳米棒阵列 水热法 MoS2纳米片 Sb2S3纳米结构 P3HT-MoS2微异质结构 

摘      要：本文选择TiO纳米棒阵列作为窗口材料,窄禁带半导体SbS纳米结构为光敏层,在P3HT中通过超声分散法引入一种新型的光电传输材料MoS形成P3HT-MoS微异质结构作为空穴传输层制备杂化太阳电池。对P3HT-MoS微异质结构的形成及其在太阳电池中作用机理进行了探索,并对太阳电池的光伏性能进行了优化。采用光电化学手段对MoS的p/n半导体特性及能级结构进行了探索,为其在太阳电池中的应用提供理论依据;通过SEM、TEM、EDS、XRD等手段对MoS和P3HT-MoS微异质结构分别进行了表征。结果表明,MoS为p-型半导体材料,其能级位置与TiO、SbS及P3HT是匹配的,通过超声分散手段可以成功的将MoS分散于P3HT中形成P3HT-MoS微异质结构,从理论上讲可以将所设计的P3HT-MoS微异质结构应用于太阳电池的空穴传输层。为了获得更好的光伏性能,对太阳电池的窗口材料TiO纳米棒阵列的光电性能进行了优化,通过改变水热生长时间、前驱液浓度、种子层厚度及煅烧温度控制TiO纳米棒阵列的形貌与结构,采用SEM和XRD对不同产物进行表征,通过光电化学手段对不同产物的光电性能进行探索,结果表明:采用2层TiO种子层、450μL/40 mL的钛酸异丙酯前驱液浓度,170℃下水热反应200 min,450℃下煅烧30 min可获得光电性能最为理想的TiO纳米棒阵列膜。以优化的TiO纳米棒阵列膜为窗口材料,SbS纳米结构为光敏层,将P3HT-MoS微异质结构作为空穴传输层形成P3HT-MoS/SbS/TiO光活性层制备杂化太阳电池。光伏测试结果表明,与基于P3HT/SbS/TiO的太阳电池相比,基于P3HT-MoS/SbS/TiO的太阳电池能量转换效率提高了40%,可达3.22%。通过紫外-可见吸收光谱、光致发光及阻抗性能测试对P3HT-MoS微异质结构的作用机理进行了系统研究,结果表明,P3HT-MoS微异质结构既可以实现更好的吸光效果,还可以通过阶梯式能级促进光生电荷的分离和传输,电荷载流子迁移率可以大大提高,电荷复合效率明显降低,因此可以有效提高太阳电池光电转换效率。