化学浴沉积方法制备硫化铟敏化太阳电池及其性能研究
- 格式:pdf
- 大小:837.49 KB
- 文档页数:6
光诱导沉积方法的进展及运用1前言随着全球能源的日趋紧张,太阳能电池以无污染、无机械转动部件,维护简便、无人值守、建设周期短、规模大小随意,可以方便地与建筑物相结合,市场空间大等独有的优势而受到世界各国的广泛重视,国际上已有众多大公司投入到太阳能电池的研发和生产中。
当前,硅太阳能电池的制造面临的挑战是提高太阳能电池的效率以增加单位面积的发电量以及进一步降低制造成本,使其能够广泛应用。
在晶体硅太阳能电池中,硅片上电极列阵的制备是非常关键的技术,电极阵列是收集太阳能电池发出电流的必要部件,其性能的好坏直接影响电池的能量转换效率。
作为电镀技术的一个分支,光诱导沉积技术成为可以代替传统丝网印刷技术,能够提高太阳能转换效率的新兴金属化技术。
在制造业迅速发展的时代,光诱导沉积技术的加工生产并逐步商业化,吸引了太阳能仪器制造公司的注意。
传统电镀已经取得优异的成绩,例如在良好的金属底层上,通过恒电位或者恒电流都可以得到优良的金属导线。
但是,如何在太阳能电池的硅表面上得到优异的沉积层,却没有得到很好地解决。
光诱导沉积技术能够解决传统电镀无法解决的部分问题。
作为电沉积的一个分支,光诱导沉积的发展将进一步促进光伏和微电子制造工业的飞速发展。
为了系统整理和集中反映光诱导沉积技术及其应用研究的学术进展和科技成就,增进交叉学科领域之间的学术交流,加强科学技术研究与经济建设的联系,促进科技成果的转化,笔者撰写了本文。
目的是为了帮助电镀工作者了解新技术的机理以及发展方向。
有关光诱导沉积技术的研究在国外已经开展很多,而国内才刚刚起步。
而且到目前为止,并没有关于光诱导沉积研究现状及水平的系统总结。
该文将对这方面进行综述。
2光诱导沉积分类及其原理光诱导沉积按反应类型可分为两大类:光诱导分解型和光生电子型。
2.1光诱导分解型根据Grotthuss–Draper定律,只有吸收辐射(以光子的形式)的分子才会进行光化学转化。
但是光诱导分解型沉积可以细分为两类:第一类称为直接光解,是化合物本身直接吸收了太阳能而进行分解反应,即利用一些对光敏感的化合物,使其在光的照射区域分解出金属单质并且沉积出来;第二类为光转化为热,利用一些对热敏感的化合物,采用激光加热使这类化合物在基体表面分解产生金属,从而形成沉积层。
单分散球形银粉的制备及其在太阳能电池中的应用下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改,请根据实际需要进行调整和使用,谢谢!本店铺为大家提供各种类型的实用资料,如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等,想了解不同资料格式和写法,敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!单分散球形银粉的制备及其在太阳能电池中的应用1. 引言随着太阳能电池技术的不断发展,提高光电转换效率和降低制造成本成为研究的重点。
摘要有机太阳能电池因其重量轻、制备工艺简单、柔韧性好及易实现大面积加工等优势被认为是最有前途的绿色能源技术之一。
该领域亟待解决的问题是如何提高有机太阳能电池的能量转换效率,而优化活性层与界面层是提高有机太阳能电池性能的关键。
为此,本论文为提高有机太阳能电池的能量转换效率,研究了高结晶性小分子对聚合物/富勒烯有机太阳能电池活性层形貌的影响、萘酰亚胺类聚合物受体材料的分子结构与光伏性能的关系、SnO2电子传输层厚度和形貌对器件光伏性能的影响。
主要分为以下三个部分:(1)高结晶性小分子调控聚合物/富勒烯有机太阳能电池活性层形貌本文将高结晶度的小分子(ITDCN/ITDCF)引入到PBDB-T:PC71BM活性层中,制备了三元共混的有机太阳能电池。
在不同共混比例下(ITDCN/ITDCF相对于PBDB-T的质量比,由5%逐渐增加到30%),三元混合器件最优质量比例分别为PBDB-T:ITDCN:PC71BM=0.85:0.15:1、PBDB-T:ITDCF:PC71BM=0.80:0.20:1的器件获得了更高更平衡的电子、空穴迁移率(电子/空穴迁移率的比值分别为1.09和1.14)。
性能最优的ITDCN三元光伏器件的J SC为12.78 mA·cm-2、V OC为0.83 V、FF为63.02%、PCE为6.68%,比相应的二元器件的效率提高了24%。
原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)表明,添加适量的具有高度结晶性的小分子能够有效调控聚合物/富勒烯体系有机太阳能电池活性层的薄膜形貌,从而达到纳米级的相分离,有利于激子的解离和电荷的运输,提高其光电转换效率。
(2)萘酰亚胺类聚合物受体材料的合成及其光伏性能研究在众多的聚合物受体材料中,萘酰亚胺(NDI)类聚合物因较大的共轭骨架与强吸电子能力而具有较高的迁移率、较大的极性、较低电子云密度与较好的稳定性,因而表现出非常优秀的光伏性能。
为提高HOMO,减小其带隙,增加吸收,本文用甲氧基取代硒吩为给电子单元合成了聚合物(PNDIS-HD-OMe)。
太阳能电池片镀膜中的硅烷和笑气反应1. 背景介绍太阳能电池片是一种利用光能直接发电的装置,被广泛应用于清洁能源领域。
而太阳能电池片镀膜则是其关键部件之一,镀膜的质量和稳定性直接影响着太阳能电池片的发电效率和使用寿命。
在太阳能电池片镀膜中,硅烷和笑气的反应是一个至关重要的步骤,它直接影响着薄膜的光学性能和稳定性。
2. 硅烷和笑气的特性和作用硅烷是一种无机化合物,化学式为SiH4,具有无色、易燃、有毒等特点。
在太阳能电池片镀膜过程中,硅烷通常用于沉积非晶硅薄膜,从而提高太阳能电池片的光吸收性能。
而笑气,化学式为N2O,是一种无色、无味、不可燃的气体,主要用于氧化硅薄膜的沉积,以提高薄膜的光学和电学性能。
3. 反应机理和影响因素在实际的太阳能电池片镀膜过程中,硅烷和笑气之间的反应机理较为复杂。
一般来说,硅烷和笑气反应产生的副产物是氮气和水蒸气,同时释放大量的热量。
这个反应过程是属于表面反应,受到温度、压力、沉积速率等多种因素的影响。
在实际应用中,如何控制好反应条件,以获得均匀、致密、透明的薄膜是一个需要深入探讨的问题。
4. 实际应用和挑战太阳能电池片镀膜中的硅烷和笑气反应在实际应用中面临诸多挑战。
硅烷和笑气本身具有一定的危险性,需要在严格的环境下进行反应。
反应条件的控制和薄膜的质量稳定性是一个难点,需要结合实际情况进行多次试验和调整。
镀膜工艺的不断创新和提高也是一个不断发展的领域,需要不断引入新的技术和材料。
5. 个人观点和总结作为太阳能电池片镀膜中的重要反应步骤,硅烷和笑气的反应机理和控制对于太阳能电池片的发展至关重要。
在未来的发展中,我们需要不断深入研究这一领域,探索更加高效、稳定的镀膜工艺,以推动太阳能电池片产业的发展。
我们也需要引入更多的跨学科的知识,促进太阳能电池片镀膜的科学化和工程化,为清洁能源事业做出更大的贡献。
太阳能电池片镀膜中硅烷和笑气反应是一个复杂而又重要的领域,需要我们不断学习和探索,为清洁能源事业做出更大的贡献。
化学浴沉积法制备金属氧化物薄膜R.S. Mane, C.D. Lokhande薄膜物理实验室,印度希瓦吉大学,Kolhapur416004,收到1999年7月22日,经修订的表格1999年12月28日收到;接受2000年1月3日。
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 摘要由化学方法制备金属氧化物薄膜的方法目前受到很大的关注,它相对因为这些是避免基体的氧化和侵蚀的低温程序,很多的基体,像是绝缘体、半导体或金属,能被利用。
这些是用改良的晶粒组织促进晶体较好的定方位的缓慢的过程。
根据沉积条件的不同,膜的生长可以采取离子对基材的材料凝结或从底物上的胶体粒子吸附的地方。
使用这些方法,II-VI,V-VI,III-VI的薄膜等已沉积出来。
太阳能选择性涂层,太阳能控制,光电导,固态及光电太阳能电池,光学成像,全息图记录,光大容量存储器等都是金属硫薄膜的一些应用。
在本综述中,我们有详细的介绍,化学浴金属硫系薄膜沉积法,它有高产优质薄膜的能力。
他们的制备参数,结构,光学,电学性能等进行了描述。
我们还讨论了化学浴沉积法制备薄膜的理论背景。
关键词:金属硫族化合物薄膜、薄固体、化学浴沉积-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 简介薄膜材料在不同的领域有很多应用。
他们有些是A.R.涂料、干扰滤波器、polarisers,狭带滤波器、日光电池,光导体, photoconductors,探测器,波导涂料,卫星的温度控制,光热太阳能涂层例如黑铬,镍,钴,等等。
Si-PEDOT_PSS杂化太阳电池的界面研究Si/PEDOT:PSS杂化太阳电池的界面研究摘要:太阳能电池是一种能够直接将太阳能转化为电能的器件。
在过去的几十年里,太阳能电池在能源转换领域取得了重大突破。
而硅(Si)是其中最常用的光伏材料之一。
然而,Si材料本身具有较高的禁带宽度,限制了其对太阳光的吸收能力。
为了提高太阳能电池的效率,研究者们开始探索杂化太阳电池,其中一种重要的材料就是聚3,4-乙烯二噻吩(PEDOT:PSS)。
本文将介绍Si/PEDOT:PSS杂化太阳电池的界面研究进展。
1. 引言太阳电池是光伏技术的核心组成部分,通过将光能转化为电能,可以广泛应用于日常生活和工业生产。
其中,硅材料一直是太阳电池的主要组成部分。
然而,Si材料对太阳光的吸收能力相对较低,限制了太阳电池的能源转换效率的提高。
因此,需要寻找新的材料和方法来改善Si太阳电池的性能。
2. PEDOT:PSS的发展与特性2.1 PEDOT:PSS的发展聚3,4-乙烯二噻吩(PEDOT)是一种有机导电聚合物,具有高导电性和优良的可溶性。
与传统的无机导体相比,PEDOT的制备成本较低,易于加工和掺杂。
因此,PEDOT逐渐成为太阳电池界的研究热点。
2.2 PEDOT:PSS的特性PEDOT通常与聚苯乙烯磺酸(PSS)形成复合材料,形成PEDOT:PSS。
PEDOT:PSS具有高透明度、高导电性和较低的禁带宽度,使其成为太阳电池界面材料的理想选择。
PEDOT:PSS还具有优异的光电转换效率,并且可以通过掺杂等方法来调节其电学和光学性能。
3. Si/PEDOT:PSS杂化太阳电池的界面优化3.1 界面接触优化Si/PEDOT:PSS杂化太阳电池的界面接触对电荷分离和电荷输运至关重要。
研究者们通过调控PEDOT:PSS的掺杂浓度、溶液浓度以及界面化学处理等方法,优化界面接触,并提高电池的能量转换效率。
3.2 光电特性改善PEDOT:PSS具有高透明度和较低的禁带宽度,可以提高太阳能电池的光吸收能力。
[Article]www.whxb.pku.edu.cn物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)ActaPhys.-Chim.Sin.2013,29(1),89-94January
Received:October9,2012;Revised:November7,2012;PublishedonWeb:November9,2012.∗Correspondingauthor.Email:sydai@ipp.ac.cn;Tel:+86-551-5591377.
TheprojectwassupportedbytheNationalKeyBasicResearchProgramofChina(973)(2011CBA00700),NationalHighTechnologyResearchandDevelopmentProgramofChina(863)(2011AA050527),andNationalNaturalScienceFoundationofChina(21003130,21103197,21173227,21173228).国家重点基础研究发展计划(973)(2011CBA00700),国家高技术研究发展计划(863)(2011AA050527)及国家自然科学基金(21003130,21103197,21173227,21173228)资助项目ⒸEditorialofficeofActaPhysico-ChimicaSinica
doi:10.3866/PKU.WHXB201211092化学浴沉积方法制备硫化铟敏化太阳电池及其性能研究朱俊1张耀红1,2胡林华1戴松元1,*
(1中国科学院等离子体物理研究所,中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031;
2中国科学院福建物质结构研究所,中国科学院光电材料化学与物理重点实验室,福州350002)
摘要:硫化铟是一种稳定、低毒性的半导体材料.本文采用低成本的化学浴沉积方法制备了硫化铟敏化太阳电池,X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)结果表明形成了硫化铟敏化的二氧化钛薄膜.化学浴沉积温度对所得硫化铟敏化薄膜的形貌有显著的影响,进而影响电池性能.温度太低时,化学浴沉积反应速率太低,只发生少量沉积;温度太高时,化学浴沉积反应速率较快,硫化铟来不及沉积到二氧化钛多孔薄膜内部.当温度在40°C时,硫化铟沉积均匀性最好,薄膜的光吸收性能最佳,电池的短路电流最大,另外,填充因子达到最佳,为65%,电池总体光电转换效率为0.32%.
关键词:硫化铟;敏化;太阳电池;化学浴沉积;复合中图分类号:O646
PreparationofIn2S3SensitizedSolarCellswithChemicalBathDepositionandTheirPerformance
ZHUJun1ZHANGYao-Hong1,2HULin-Hua1DAISong-Yuan1,*
(1KeyLaboratoryofNovelThinFilmSolarCells,InstituteofPlasmaPhysics,ChineseAcademyofSciences,Hefei230031,P.R.China;2KeyLaboratoryofOptoelectronicMaterialsChemistryandPhysics,FujianInstituteofResearchontheStructureofMatter,ChineseAcademyofSciences,Fuzhou350002,P.R.China)
Abstract:In2S3isastablesemiconductormaterialwithlowtoxicity.WepreparedIn2S3sensitizedsolarcellsusinglow-costchemicalbathdepositionmethodology.X-raydiffraction(XRD),X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS),andscanningelectronmicroscopy(SEM)wereusedtorevealthemicrostructureoftheIn2S3sensitizedTiO2nanoporousfilms.OurresultsindicatedthatthedepositiontemperaturehasaremarkableeffectonthemorphologyofIn2S3sensitizedTiO2films,whichinturnaffectsthephotovoltaicperformanceofdevices.Whenthedepositiontemperaturewaslow,thedepositionreactionratewasslow,resultinginonlyminimaldeposition.However,ifthedepositiontemperaturewasincreasedtoomuch,therewasinsufficienttimefortheIn2S3tobedepositedwithintheinternalporestructureoftheTiO2mesoporousfilms.ThebesthomogeneousIn2S3sensitizedTiO2filmswereobtainedwithadepositiontemperatureof40°C.Atthistemperature,theopticalabsorptionoftheresultingfilmwasoptimalanddisplayedthelargestshortcircuitcurrentdensityamongthefilmsexamined.Moreover,thefillfactorwasalsothebest,approaching65%.Thebestoverallpowerconversionefficiencywas0.32%.
KeyWords:Indiumsulfide;Sensitization;Solarcell;Chemicalbathdeposition;Recombination
89ActaPhys.⁃Chim.Sin.2013Vol.291引言窄带隙无机半导体材料在光吸收和稳定性方面有着优异的性能,可作为敏化剂来替代染料,可将这些无机半导体材料的尺寸控制在量子点范围,制成量子点光敏化剂用于敏化太阳电池,该类电池被称为量子点敏化太阳电池(QDSSCs).1-4量子点材料与传统染料相比具有以下优点:容易通过改变尺寸和组分使量子点的吸光范围扩展到红外光区;对氧和水具有更高的稳定性;可以开展多层或混合敏化增加量子点敏化材料的种类;量子点的多激子效应使获得量子效率大于1的太阳电池成为可能.5目前在量子点敏化太阳电池中常用的半导体敏化剂有CdS、CdSe、PbS等.6,7为在未来太阳电池实用化中实现绿色工艺,有必要发展更低毒性的半导体敏化材料.硫化铟作为一种中等带宽的半导体材料,在III-VI族硫族半导体中占有重要位置.硫化铟通常存在三种不同的晶型,即α-In2S3(缺陷立方)、
β-In2S3(缺陷尖晶石,以立方或四方的结构形式存在)和γ-In2S3(层状六方).8β-In2S3的带隙约在2.0-2.3eV
左右,是一种很有应用潜力的光电材料.由于硫化铟具有较高的消光系数已经被应用于太阳电池中,如在Cu(In,Ga)Se2太阳电池中替代有毒的CdS作为
缓冲层.9另外,In2S3的玻尔半径约34nm,10非常容易做成量子点形态,用于量子点敏化太阳电池.然而目前,将β-In2S3作为无机半导体敏化剂用于敏化太
阳电池的研究却鲜有报道.Arakawa等11通过对In2O3薄膜在H2S气氛中硫化制备了In2S3敏化太阳电池,George等12使用原子层沉积方法制备了In2S3
敏化TiO2太阳电池,但是他们制备的电池的电压都
不到0.3V,填充因子不到40%.Gan等13采用连续离子层吸附反应方法制备了In2S3敏化TiO2太阳电池,
填充因子仍然只有46%.本文采用低成本化学浴原位沉积法制备了β-In2S3,将β-In2S3作为无机敏化剂
直接沉积在TiO2薄膜上,这比溅射法或原子层沉积
法要方便快捷高效.由于化学浴沉积法中,沉积液的温度对化学反应的反应速率常数有很大影响,也就是说反应温度的影响很大,本文研究了沉积温度对In2S3敏化TiO2薄膜形貌和光吸收性能的影响,并
进而探讨了其对电池光伏性能的影响.
2实验部分2.1试剂实验所用药品均为分析纯.四水合氯化铟、硫
代乙酰胺、六水合硝酸锌、九水合硫化钠、无水乙醇和甲醇均由国药集团化学试剂有限公司提供.2.2In2S3敏化TiO2多孔薄膜电极的制备采用溶胶-凝胶工艺制备纳米TiO2多孔薄膜.以
钛酸四异丙酯为钛源,水热法制备纳米TiO2胶体,
制备过程参见相关文献.14采用丝网印刷技术将TiO2
浆料印刷到氟掺杂氧化锡透明氧化物(FTO)导电玻
璃(TEC-8,LOF)上,然后在空气中450°C烧结30min,得到厚度约为10μm的TiO2多孔薄膜光阳极.采用化学浴原位沉积法在纳米多孔TiO2薄膜电极
上原位沉积In2S3.本文将In2S3敏化的纳米多孔TiO2
薄膜表示为TiO2/In2S3.化学浴原位沉积In2S3的步骤
如下:由于TiO2电极在水溶液中长期浸泡易导致
TiO2薄膜从FTO上脱落,所以本实验采用乙醇为溶剂.先配制0.05mol·L-1InCl3的无水乙醇溶液,超声,搅拌使其完全溶解,向溶液中滴加0.1mol·L-1醋酸,将溶液调为弱酸性,然后再将0.2mol·L-1硫代乙酰胺(CH3CSNH2)加入到InCl3的无水乙醇溶液
中,超声搅拌数分钟,待溶质完全溶解后将TiO2多
孔薄膜电极放置到盛有该溶液的烧杯中静置、密封.保证每个烧杯中的溶液体积相同,均为100mL.将密封完好的烧杯分别放入温度不同的水浴槽中.水浴槽的温度分别设为20、30、40、50、60°C.10h后将沉积有In2S3的TiO2多孔薄膜电极取出,并用无水
乙醇淋洗,洗去残留的离子.之后在TiO2/In2S3薄膜
外层再用连续离子层吸附法沉积ZnS作为阻挡层,先将TiO2/In2S3薄膜电极浸入到0.5mol·L-1Zn(NO3)2
乙醇溶液中浸泡1min,取出后用无水乙醇淋洗,吹
干,之后再将TiO2/In2S3薄膜电极浸入到0.1mol·L-1
Na2S甲醇溶液中浸泡1min中,取出后用甲醇淋洗、吹干,完成一次ZnS的沉积,共沉积两层ZnS.2.3In2S3敏化太阳电池的组装将H2PtCl6溶液喷涂到FTO的导电面上并在