多元硫族化合物量子点的制备及在太阳能电池中的应用

Aiming at designing and implementing high efficient, cost-effective and environment-friendly quantum dot sensitized solar cells (QDSCs), the research object of this proposal is to design and synthesize multiple compound metal chalcogenide quantum dots using aqueous and green synthesis route and investigate their application as sensitizers of QDSCs. The multiple compound metal chalcogenides will include CuInS2, CuInSe2, CuZnSnS4, Cu2ZnSnSe4 and so on. We propose to develop aqueous synthesis route with mercapto as stabilizer for synthesizing the quantum dots and to systematically investigate the influence of the synthesizing conditions on the component, size and crystallinity of the quantum dots. We also propose to design and implement QDSCs with the above synthesized quantum dots and investigate the influence of the quantum dots on the performance of the QDSCs.

本项目旨在探讨多元硫族化合物量子点的绿色水相化学合成，特别是CuInS2，CuInSe2，Cu2ZnSnS4,Cu2ZnSnSe4等低毒、宽光谱吸收量子点的制备及其作为敏化剂在量子点敏化太阳能电池中的应用研究。主要研究内容包括：（1）多元硫族化合物量子点绿色水相合成，考察制备条件对量子点化学组成、尺寸及结晶性能等影响；（2）将不同制备条件下所得量子点作为敏化剂组装电池器件，考察量子点化学组成、尺寸、结晶性等因素对电池性能的影响规律。我们期望通过本项目的研究，实现高效率、低成本和环境友好量子点太阳能电池的制备。

多元硫族化合物特别是CuInS2和Cu2ZnSnS4等，由于不含有毒元素，对太阳光有很好的吸收，在太阳能电池中的应用引起了人们的广泛关注，如何用溶液法获得高质量的吸光材料是一个重要的研究课题，本项目针对多元硫组化合物吸光材料的合成及其太阳能电池器件性能研究展开工作。主要进展如下：开展了宽光谱吸收的吸光层材料设计和合成研究，制备了具有宽光谱CuInS(Se)和CdSeTe量子点吸光材料，研究了量子点表面缺陷等对器件性能的影响，通过表面修饰制备、构建TypeI和TypeII结构有效降低了器件中电荷的反向复合，提高的电池光电转化效率，最高达到了11%。首次将SiO2 NPs引入到电解液中来调控TiO2/CdSeTe/电解液界面，有效提高器件的FF、Voc和电池光电转换效率，并且电池的稳定性得到提高。开展了铜锌锡硫硒（CuZnSnSSe）薄膜太阳能电池吸收层的溶液法制备研究，通过调控薄膜太阳能电池吸光层原料配比、前驱膜制备条件，组装的薄膜电池效率超过了10%。上述工作共发表了19篇SCI论文，申请发明专利3项，圆满完成了课题的预期目标。