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《昌吉学院》 2019年
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水热—溶剂热中低维CdS材料的合成工艺及光电性能研究

白海能  
【摘要】:硫化镉(CdS,2.42 eV)是一种具有优异的电子传输能力的半导体材料,已被广泛用作碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒(CuInGaSe)太阳能电池的电子传输层(ETL)中。CdS因具有良好的电子传导性、与钙钛矿材料匹配较好的能带、合成简单、成本低而被作为一种新型的电子传输材料应用于钙钛矿太阳能电池(PSCs)中。新型CdS薄膜电子传输层材料在钙钛矿太阳能电池中能有效地防止电子与空穴复合,增强电流的同时,并不会牺牲其它参数(如开路电压(Voc)、填充因子(FF)等),从而实现出色的光伏性能。有研究表明,当CdS作为钙钛矿太阳能电池的ETL时,电池的稳定性可以得到明显的提升。因此,合成均匀、致密的CdS薄膜对于提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率(PCE)以及稳定性具有重要的意义。在合成CdS薄膜的各种工艺中,水热-溶剂热法因其条件温和、合成简单易行且可以大规模进行生产、合成率高等优点,而受到众多研究者们广泛的关注。本论文通过运用水热-溶剂热法合成了多种形貌的CdS纳米晶,以及在不同衬底上合成了CdS薄膜;分析了各种不同的反应参数(时间、温度、衬底等)对产物形貌、微结构以及光吸收性能的影响;分析了各个参数对于CdS纳米晶和薄膜的生长机制的影响,并讨论和分析了可能的生长机制;用瞬时光电流响应密度对FTO上合成出的薄膜进行了电学性能分析;通过模拟软件(FDTD),初步模拟了薄层CdS对钙钛矿太阳能电池器件结构单元的光学性能影响。主要结论如下:(1)水热法合成了枝蔓状及六方块体CdS纳米晶,溶剂热法合成了CdS纳米棒;(2)不同反应体系合成了不同形貌的CdS薄膜:采用水热法合成了六方块体CdS纳米薄膜,薄膜致密均匀,并且发现溶剂和衬底是薄膜形貌的重要影响因素;(3)产物的光谱分析显示:本论文中合成的CdS薄膜的光致发光(PL)谱峰出现了约为170nm的红移现象,而不同形貌的粉体和薄膜的紫外-可见(UV-vis)漫反射吸收带边也发生偏移;(4)在钙钛矿太阳能电池器件中加入薄层CdS进行电子传输层(ETL)表面修饰后,电池器件的光学性能发生了较大的变化。
【学位授予单位】:昌吉学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TB383.2;TM914.4

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