量子点在太阳能电池中的应用研究

【摘要】：光伏技术是可再生的清洁能源技术，光电转换效率仍然是制约光伏发电的主要原因。光电转换效率低的主要原因在于半导体材料禁带宽度和太阳光光子能量分布的不完全匹配，电池只能吸收利用能量大于禁带宽度的光子。即使在电池吸收范围内的短波段(300-500nm)，由于表面复合等原因，外量子效率也较低。量子点具有较大的斯托克斯位移，吸收短波光子后，发出较长波光子，且发光峰可调。将量子点应用于太阳能电池，有望提高电池的外量子效率。本论文将CdSe@ZnSe@ZnS量子点掺入到预聚合的甲基丙烯酸甲酯(MMA)中,均匀分散后形成PMMA/CdSe@ZnSe@ZnS复合液，再用该复合液在电池和420nm长波通滤光片上旋涂制备下转移层，研究了该下转移层对电池外量子效率的影响，结果表明：（1）当PMMA/CdSe@ZnSe@ZnS下转移层直接旋涂在单晶硅电池表面时，300-335nm波段未观察到外量子效率（EQE）的改善，反而有所降低，原因是所用量子点的荧光量子效率太低，只有9.25%，远低于电池短波段EQE与长波段EQE的比值；（2）当将PMMA/CdSe@ZnSe@ZnS下转移层制备在420nm长波滤光片上，再将该滤光片（滤光片使电池在300~420nm波段光谱响应几乎为零，同时排除了下转移层抗反射效应的影响）盖在单晶电池上测试EQE曲线时，观察到了外量子效率(EQE)值的提升，说明所用量子点可以应用于在300~420nm波段光谱响应几乎为零的电池上实现频率的下转移，提高EQE；（3）根据本实验中测得电池的EQE数据和AM1.5G光子流分布数据，计算出实验所用电池EQE获得提升所需量子点最低的荧光量子效率值为87.8%。 【关键词】：太阳能电池 CdSe@ZnSe@ZnS量子点 光谱下转移 外量子效率 荧光量子效率
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 目录10-12
• 第一章 绪论12-53
• 1.1 引言12-13
• 1.2 光频转换研究现状13-26
• 1.2.1 光谱上转换13-17
• 1.2.2 量子剪裁下转换17-22
• 1.2.3 发光下转移22-26
• 1.3 量子点和太阳能电池基础26-39
• 1.3.1 量子点概述26
• 1.3.2 量子点的特性26-27
• 1.3.3 量子点的制备方法27-29
• 1.3.4 太阳能电池工作原理29-34
• 1.3.5 太阳能电池的性能表征34-36
• 1.3.6 太阳能电池的能量损耗机制及改进方法36-39
• 1.4 本章小结39-40
• 参考文献40-53
• 第二章 量子点发光下转移提高太阳能电池的光谱响应的理论研究53-64
• 2.1 引言53
• 2.2 量子点提高电池光谱响应的原理与方法53-58
• 2.2.1 电池在短波段的光谱响应特性53-55
• 2.2.2 量子点的荧光特性55-56
• 2.2.3 原理与方法56-58
• 2.3 量子点下转移方法适用性的理论研究及计算58-62
• 2.3.1 理论计算式的提出58-59
• 2.3.2 计算与结果59-62
• 2.4 本章小结62-63
• 参考文献63-64
• 第三章 CdSe@ZnSe@ZnS 量子点在太阳能电池中的应用研究64-76
• 3.1 引言64
• 3.2 实验准备64-65
• 3.3 实验过程65-68
• 3.4 实验结果与分析68-72
• 3.5 提高所测电池 EQE 所需量子点荧光效率的计算72-73
• 3.6 本章小结73-75
• 参考文献75-76
• 第四章 总结与展望76-78
• 4.1 工作总结76-77
• 4.2 工作的创新点77
• 4.3 展望77-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文79

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