聚对苯乙炔MOPPV/ZnSe量子点复合材料太阳电池性能研究

基于量子点材料的特殊物理性能和量子点聚合物复合材料高的光电转换性能, 本文在MOPPV溶液中制备了粒度可控、 结晶性好、颗粒尺寸约为3.75 nm的ZnSe量子点材料, 最终获得不同质量比的MOPPV/ZnSe复合材料. 分别使用X射线衍射、透射电子显微镜、紫外可见吸收光谱等研究其特性结果表明MOPPV与ZnSe量子点可以有效地复合且发生光诱导电荷转移; 通过对MOPPV、ZnSe和MOPPV/ZnSe复合材料太阳电池性能的研究发现, 与MOPPV和ZnSe单体相比复合材料光伏特性呈现增加的趋势, 并且复合材料光电性能随着ZnSe量子点材料质量浓度的增加呈现先增大后减小的现象, 当MOPPV和ZnSe的质量比为1:1时, 其转换效率最大, 开路电压为0.516 V, 短路电流为2.018 mA, 填充因子为25.53%, 转换效率为0.167%. 关键词： 量子点 复合材料 伏安特性     

ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点发光光谱特性的研究

ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点是一种无毒,无重金属的“绿色”半导体纳米材料。在研究中,制备了三种尺寸的ZnCuInS/ZnSe/ZnS核壳量子点,其直径分别为3.3,2.7,2.3 nm。通过测量不同尺寸的ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点的光致发光光谱,其发射峰值波长随尺寸的减小而蓝移。其吸收峰值波长和发射峰值波长分别是510,611(3.3 nm),483,583(2.7 nm)以及447,545 nm(2.3 nm)。ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点具有显著的尺寸依赖效应。ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点的斯托克斯位移分别为398 meV(3.3 nm),436 meV(2.7 nm)以及498 meV(2.3 nm),这样大的斯托克斯位移证明,ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点的发光机制与缺陷能级有关。同时,对直径为3.3 nm的ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点进行了温度依赖的光致发光光谱的测量,当温度为15～90 ℃时,该量子点发射峰值波长随温度的升高而红移,发光强度随温度的升高而降低,说明ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点是以导带能级与缺陷能级之间跃迁为主的复合发光。     

GaAs多结电池宽光谱ZnS/Al2O3/MgF2减反射膜的设计与分析

 为了提高砷化镓(GaAs)多结太阳电池的光电转换效率,设计了宽光谱(300 nm～1 800 nm)ZnS/Al2O3/MgF2三层减反射膜,分析了各层的厚度及折射率对三层膜系有效反射率的影响。结果表明： 对于整个波长,ZnS厚度对有效反射率的影响要大于Al2O3和MgF2,MgF2厚度对有效反射率的影响最小;适当减小MgF2的折射率或增加ZnS的折射率可得到更低的有效反射率。同时,当 ZnS,Al2O3和MgF2的最优物理厚度分别为52.77 nm,82.61 nm,125.17 nm时,此时最小有效反射率为2.31％。     

基于不同ZnSe壳层厚度的InP/ZnSe/ZnS量子点光电性能

磷化铟(InP)量子点(QDs)由于其不含重金属元素和出色的光电特性,在量子点发光二极管(QLED)领域引起了广泛关注.本文以ZnSe和ZnS作为壳层来制备绿色InP/ZnSe/ZnS QDs,通过调控ZnSe壳层的厚度得到不同发光性能的QDs.当Se粉与Zn(St)2的质量比为1:15时,InP/ZnSe/ZnS Q...     

ZnSe:Cu/CdS核壳量子点的合成及光学性能研究

以CdS为壳层材料对核水溶性ZnSe:Cu量子点进行包覆,得到ZnSe:Cu/CdS核壳结构的量子点。研究了壳层厚度对ZnSe:Cu量子点光学性能的影响,采用TEM、XRD、PL和UV-Vis手段对所得样品进行表征。实验结果表明:量子点为立方闪锌矿结构,分散性好,形状为球形,经壳层修饰后量子点的粒径由2.7 nm增大到4.0 nm。随着包覆CdS壳层数的增加,量子点的发射和紫外吸收谱红移,说明量子点在长大,证明CdS壳层生长在ZnSe:Cu量子点的表面,形成了核壳结构的ZnSe:Cu/CdS量子点。包覆CdS壳层后ZnSe:Cu量子点的发光强度减弱,但稳定性得到了提高。     

ZnSe/ZnS/L-Cys核壳结构量子点光声与表面光伏特性

ZnSe量子点光电子特性的研究对于其微观电子结构探测和应用领域的扩展具有重要的意义.本文结合表面光伏与光声技术以及激光Raman研究了不同回流温度下制备L-半胱氨酸(L-Cys)为配体核壳结构ZnSe量子点的微结构和光声与表面光伏特性.结果发现,具有n-型光伏特性的ZnSe量子点在近紫外到可见光范围内展示出优良的表面光伏性质.尤其在波长为350-550 nm范围内光子能量绝大部分用于产生表面光伏效应,而不是用于无辐射跃迁导致的晶格热振动,同时证实了光声与表面光伏效应之间的能量互补关系.实验指认ZnSe量子点在300-350 nm短波区域出现的光声信号和在1120,1340和1455 cm~(-1)高频区域出现的Raman峰与配体L-Cys的多声子振动模式密切相关.实验结果表明,随着回流温度的降低,ZnSe量子点的平均粒径有减小趋势,这在改善样品的表面效应和小尺寸效应的同时,有利于提高核壳结构ZnSe量子点的光伏转换效率.     

GaAs间隔层厚度对InAs/GaAs量子点分子光学性质的影响

采用光致荧光发射谱(PL)和时间分辨荧光发射谱(TRPL)研究了GaAs间隔层厚度对自组装生长的双层InAs/GaAs量子点分子光学性质的影响.首先,测量低温下改变激发强度的PL谱,底层量子点和顶层量子点的PL强度比值随激发强度发生变化,表明两层量子点之间的耦合作用和层间载流子的转移随着间隔层厚度变大而变弱.接着测量改变温度的PL谱,量子点荧光光谱峰值位置(Emax)、半峰全宽及积分强度随温度发生变化,表明GaAs间隔层厚度直接影响到量子点内载流子的动力学过程和量子点发光的热淬灭过程.最后,TRPL测量发现60mL比40mL间隔层厚度样品的载流子隧穿时间有明显延长.     

利用X射线衍射分析自组织生长的量子点结构

将InAs/GaAs多层量子点处理成夹层结构,考虑到大的应变,用多层膜的X射线衍射的动理学理论进行了理论模拟,得出其应变参量及各层厚度.将量子点近似看成金字塔形,从而点的衍射可以看成三角形衍射,利用三角形的傅里叶变换,求得量子点的横向周期为10.6nm,与三轴衍射结果求得量子点的横向周期(10.7±0.2nm)一致,说明本模型的可靠性.     

双层堆垛长波长InAs/GaAs量子点发光性质研究

研究了双层堆垛InAs/GaAs/InAs自组织量子点的生长和光致发光(PL)的物理性质。通过优化InAs淀积量、中间GaAs层厚度以及InAs量子点生长温度等生长条件,获得了室温光致发光1391～1438nm的高质量InAs量子点。研究发现对量子点GaAs间隔层实施原位退火、采用Sb辅助生长InGaAs盖层等方法可以增强高密度(2×1010 cm-2)InAs量子点的发光强度,减小光谱线宽,改善均匀性和红移发光波长。     

GaSb/GaAs复合应力缓冲层上自组装InAs量子点的生长

研究了GaSb/GaAs复合应力缓冲层上自组装生长的InAs量子点.在2ML GaSb/1ML GaAs复合应力缓冲层上获得了高密度的、沿［100］方向择优分布量子点.随着复合应力缓冲层中GaAs层厚度的不同,量子点的密度可以在1.2×10¹⁰cm^-2和8×10¹⁰cm^-2进行调控.适当增加GaAs层的厚度至5ML,量子点的发光波长红移了约25nm,室温下PL光谱波长接近1300nm. 关键词： 自组装量子点 分子束外延 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体     

The effect of Mn-doped ZnSe passivation layer on the performance of CdS/CdSe quantum dot-sensitized solar cells

ZnSe as a surface passivation layer in quantum dot-sensitized solar cells plays an important role in preventing charge recombination and thus improves the power conversion efficiency(PCE).However, as a wide bandgap semiconductor, ZnSe cannot efficiently absorb and convert long-wavelength light.Doping transition metal ions into ZnSe semiconductors is an effective way to adjust the band gap, such as manganese ions.In this paper, it is found by the method of density functional theory calculation that the valence band of ZnSe moves upward with manganese ions doping, which leads to acceleration of charge separation, wider light absorption range, and enhancing light harvesting.Finally, by using ZnSe doped with manganese ions as the passivation layer, the TiO_2/CdS/CdSe co-sensitized solar cell has a PCE of 6.12%, and the PCE of the solar cell increases by 9% compared with the undoped one(5.62%).     

Theoretical study on InxGa1−xN/GaN quantum dots solar cell

In this work, the structure of In_xGa_1−xN/GaN quantum dots solar cell is investigated by solving the Schrödinger equation in light of the Kronig-Penney model. Compared to p-n homojunction and heterojunction solar cells, the In_xGa_1−xN/GaN quantum dots intermediate band solar cell manifests much larger power conversion efficiency. Furthermore, the power conversion efficiency of quantum dot intermediate band solar cell strongly depends on the size, interdot distance and gallium content of the quantum dot arrays. Particularly, power conversion efficiency is preferable with the location of intermediate band in the middle of the potential well.     

Spectral response of the intrinsic region of a GaAs–InAs quantum dot solar cell considering the absorption spectra of ideal cubic dots

Recently, attempts have been made by some researchers to improve the efficiency of quantum dot solar cells by incorporating different types of quantum dots. In this paper, the photocurrent density has been obtained considering the absorption spectra of ideal cubic dots. The effects of quantum dot size dispersion on the spectral response of the intrinsic region of a GaAs–InAs quantum dot solar cell have been studied. The dependence of the spectral response of this region on the size of quantum dots of such solar cell has also been investigated. The investigation shows that for smaller quantum dot size dispersion, the spectral response of the intrinsic region of the cell increases significantly. It is further observed that by enlarging the quantum dot size it is possible to enhance the spectral response of such solar cells as it causes better match between absorption spectra of the quantum dots and the solar spectrum. These facts indicate the significant role of quantum dot size and size dispersion on the performance of such devices. Also, the power conversion efficiency of such solar cell has been studied under 1 sun, AM 1.5 condition.     

退火温度对聚对苯乙炔MOPPV-ZnSe量子点复合材料太阳电池性能影响

利用原位缩合法制备了聚(2-甲氧基-5辛氧基)对苯乙炔(MOPPV)-ZnSe量子点复合材料,通过对复合材料的X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱等研究,发现聚合物MOPPV与ZnSe量子点以包覆形式有效地复合在一起,复合材料中ZnSe量子点结晶性良好,尺寸约为4 nm;且两者之间发生光诱导电荷转移,复合材料随着退火温度的升高,其吸收光谱范围发生红移。通过对MOPPV-ZnSe复合材料光电性能的研究发现,复合材料光电性能随着退火温度的升高逐渐表现出明显的二极管特性,转换效率出现先增大后减小的趋势,且在160℃时转换效率达到最大为0.3726%。     

n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-Cu2ZnSnS4太阳能电池光伏特性的分析

具有高光吸收系数的半导体Cu₂ZnSnS₄ (CZTS)薄膜是一种新型太阳能电池材料. 本文对n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS结构的CZTS薄膜太阳能电池进行分析, 讨论CZTS薄膜的掺杂浓度、厚度、缺陷态和CdS薄膜的掺杂浓度、 厚度对太阳能电池转换效率的影响以及太阳能电池的温度特性. 分析表明, CZTS薄膜作为太阳能电池的主要光吸收层, CZTS薄膜的掺杂浓度和厚度的取值对太阳能电池的转换效率有显著影响, CZTS薄膜结构缺陷态的存在会导致太阳能电池性能的下降. CdS缓冲层的掺杂浓度、厚度对太阳能电池光伏特性的影响较小. 经结构参数优化得到的n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS薄膜太阳能电池的最佳光 伏特性为开路电压1.127 V、短路电流密度27.39 mA/cm²、填充因子87.5%、 转换效率27.02%,转换效率温度系数为-0.14%/K.     

ZnS/CdS复合窗口层对CdTe太阳能电池短波光谱响应的影响

采用磁控溅射法制备了ZnS/CdS复合窗口层,并将其应用于CdTe太阳能电池。对所制备薄膜的形貌和结构等进行了研究。测试了具有不同窗口层的CdTe太阳电池的量子效率和光Ⅰ-Ⅴ特性,分析了ZnS薄膜制备条件对CdTe电池器件性能影响;研究了CdS薄膜厚度和ZnS/CdS复合窗口层对短波区透过率以及CdTe太阳电池的光谱响应的影响。着重研究了具有ZnS/CdS复合窗口层的CdTe太阳电池的短波光谱响应。结果表明,CdS窗口层厚度从100 nm减至50 nm后,其对短波区光子透过率平均提高了18.3%,CdTe太阳电池短波区光谱响应平均提高了27.6%。衬底温度250 ℃条件下制备的ZnS晶粒尺寸小于室温下制备的ZnS。具有ZnS/CdS复合窗口层的CdTe电池中,采用衬底温度250 ℃沉积ZnS薄膜来制备窗口层的电池器件,其性能要优于室温下沉积ZnS制备窗口层的电池器件。这说明晶粒尺寸的大小对电子输运有一定影响。在相同厚度CdS的前提下,具有ZnS/CdS复合窗口层的CdTe电池比具有CdS窗口层在短波的光谱响应提高了约2%。这说明ZnS/CdS复合窗口层能够做到减少对短波光子的吸收,从而使更多的光子被CdTe电池的吸收层吸收。     

GaAs量子阱太阳能电池量子效率的研究

将量子阱结构引入到单结GaAs太阳能电池中能够有效扩展吸收光谱.为了研究量子阱结构在GaAs太阳能电池中的作用机理,本文采用实验和理论的方法研究了InGaAs/GaAsP量子阱结构对电池量子效率的影响.实验结果表明,量子阱结构的窄带隙阱层材料将电池的吸收光谱从890 nm扩展到1000 nm.同时,量子阱结构的引入提高了680—890 nm波长范围内的量子效率,降低了波长在680 nm以下的量子效率.通过计算得到的量子阱结构和GaAs材料的光吸收系数,可以用来解释量子阱结构对太阳能电池量子效率的影响.     

空间用GaInP/GaAs/In0.3Ga0.7 As(1 eV)倒装三结太阳电池研制

采用阶变缓冲层技术 (step-graded) 外延生长了具有更优带隙组合的倒装GaInP/GaAs/In_0.3Ga_0.7As(1.0 eV) 三结太阳电池材料, TEM和HRXRD测试表明晶格失配度为2%的In_0.3Ga_0.7As 底电池具有较低的穿透位错密度和较高的晶体质量, 达到太阳电池的制备要求. 通过键合、剥离等工艺制备了太阳电池芯片. 面积为 10.922 cm² 的太阳电池芯片在空间光谱条件下转换效率达到32.64% (AM0, 25 ℃), 比传统晶格匹配的 GaInP/GaAs/Ge(0.67 eV) 三结太阳电池的转换效率提高3个百分点. 关键词： 太阳电池 三结 倒装结构     

Inverted polymer solar cells with employing of electrochemical-anodizing synthesized TiO_2 nanotubes

An inverted structure of polymer solar cells based on Poly(3-hexylthiophene)(P3HT):[6-6] Phenyl-(6) butyric acid methyl ester(PCBM) with using thin films of TiO_2 nanotubes and nanoparticles as an efficient cathode buffer layer is developed. A total of three cells employing TiO_2 thin films with different thickness values are fabricated. Two cells use layers of TiO_2 nanotubes prepared via self-organized electrochemical-anodizing leading to thickness values of 203 and 423.7 nm, while the other cell uses only a simple sol–gel synthesized TiO_2 thin film of nanoparticles with a thickness of 100 nm as electron transport layer. Experimental results demonstrate that TiO_2 nanotubes with these thickness values are inefficient as the power conversion efficiency of the cell using 100-nm TiO_2 thin film is 1.55%, which is more than the best power conversion efficiency of other cells. This can be a result of the weakness of the electrochemical anodizing method to grow nanotubes with lower thickness values. In fact as the TiO_2 nanotubes grow in length the series resistance(Rs) between the active polymer layer and electron transport layer increases, meanwhile the fill factor of cells falls dramatically which finally downgrades the power conversion efficiency of the cells as the fill factor falls.