敏化太阳能电池用I-III-VI2族结构化量子点的缺陷调控研究

Electron injection efficiency and transportation process are the keys to the research fields of quantum dot sensitized solar cells. Taking advantage of sensitivity of composition over band structure of I-III-VI2 quantum dots, this project aims to reduce the possibility of recombination process of photo-excited carriers through the complement of internal defects by doped metal ionic. The thermal decomposition method of organometallic precursors was adopted to synthesize quantum dots. By overcoating thin semiconductor layer, surface defects of quantum dots also could be diminished. The project will provide fundamentals for green quantum dot sensitized solar cells with high quantum efficiency and conversion efficiency after the investigation on optoelectronic properties of quantum dots by controlling internal and external defects.

提高光生电子注入效率和改善电子传输过程是量子点敏化太阳能电池领域的研究热点之一。本项目利用I-III-VI2族量子点能带结构对组成的敏感性，提出采用高温热分解有机前驱体法合成非化学计量比量子点，通过掺杂减少空位或置换等内部缺陷，辅以非均相成核生长壳层形成核壳结构化量子点消除表面缺陷，同步调控量子点内部和表面缺陷以降低光生载流子复合几率，获得能带结构合适、复合中心少的结构化量子点，构筑快速高效光生载流子传输通道。本研究利用缺陷调控结构化量子点的光电性质，探索影响光生载流子传输的规律，为进一步实现高量子效率和转换效率的量子点敏化太阳能电池提供基础理论依据。

量子点敏化太阳能电池性能与量子点的缺陷息息相关，缺陷调控是量子点可控制备及相应器件研究的焦点。本项目在AgInSe2、CuInSe2系列量子点内部缺陷调控方面做出了有益的探索，合成出系列非化学计量比量子点，包括AgInSe2、Zn-AgInSe2、CuInSe2、CuIn(SSe)2、Zn-CuInSe2、Zn-CuInSe2@ZnSe等结构化量子点，研究了非化学计量Ag/In、Cu/In、S/Se组分控制的结构缺陷种类、密度等对结构化量子点的结构、能级、光电性质的影响规律，成功制备出能带结构合适、复合中心少的AgInSe2、Zn-AgInSe2、CuInSe2、CuIn(SSe)2、Zn-CuInSe2、Zn-CuInSe2@ZnSe等结构化量子点，研究了光生电子在量子点敏化太阳能电池中电子注入、输运等过程，利用不同缺陷对光生电子注入和输运的影响规律，获得快速高效的载流子传输通道，在AgInSe2、CuInSe2系列结构化量子点敏化太阳能电池中将吸收太阳光范围扩展至950 ~ 1100 nm，分别实现了3.90%和6.52%的光电转换效率。