1、PbS量子点/PCBM双层太阳能电 池转换效率提高的两种方案,院系：电气信息工程学院专业：物理学班级：08级物理学本科一班学号：0601080101姓名：武义娜,文章的写作思路,太阳能电池发展历程,Tim等人所做的实验,器件的原理及结构,分析结果、发现问题,提出优化方案,总 结,一、太阳能电池发展历程,无机,有机,杂化,（Ge基、Pb基）,二、PbS量子点/PCBM双层太阳能电池的原理及结构,1、P-N结,2、太阳能电池中电源形成示意图,3、 PbS /PCBM双层太阳能电池的结构示意图,4、PbS /PCMB双层太阳能电池的电流形成图,三、Tim等人做的实验,为了研究退火处理对PbS量子点薄
2、膜的影响，Tim等人制备了四种后处理的薄膜：原始薄膜（未经任何处理的）、经空气退火处理的薄膜、110 下30min氮气退火处理的薄膜和经6s臭氧处理的薄膜。,在AM1.5光照条件下，PbS量子点/PCBM太阳能电池的光伏参数表,参数,处理,( v ),( % ),( %),经过处理后的量子点薄膜的吸收光谱,四、分析结果、发现问题,从器件的光伏参数表中，我们可比较得出：经空气退火处理后的器件的 和 相对原始无处理的有最大的增加，但它的光电转换效率在所设计的研究中却没有经臭氧处理的高。 从薄膜的吸收光谱中，我们比较得出：（1）臭氧处理薄膜和原始的薄膜几乎有着相同的吸收特征，这表明，简短的臭氧处理只
3、氧化了量子点的一小部分，薄膜的光吸收主要靠未氧化的量子点。（2）空气退火薄膜的频谱在波长1280nm具有第一激子跃迁，从原始薄膜相应的吸收峰有170nm的蓝移。（3）氮退火薄膜的吸收光谱显示，它的第一激子峰相对原始薄膜的略有红移（这表示器件产生激子所需要的能量较低）。,接下来，我们要做的工作就是在该器件经空气退火处理的基础上找到提高该器件光电转换效率的方法。,五、优化方案,方案一、量子点薄膜经空气退火处理后再经氮气退火处理,前面我们已分析出，硫化铅量子点薄膜经过氮退火之后，它的光吸收率在所有的处理中是最高的，而且它的第一激子峰相对原始薄膜的峰略有红移。,中国科学院固体物理研究所杨等人曾研究了氮
4、气退火条件对 块材介孔组装体系光吸收特性的影响。,如图为该材料未经处理时吸收光谱：,样品在空气中经不同温度退火处理的吸收光谱图：,A为样品在300下经1h退火处理 B为样品在350下经1h退火处理 C为样品在400下经1h退火处理 D为样品在450下经1h退火处理 E为样品在500下经1h退火处理 F为样品在550下经1h退火处理,样品在不同条件的氮退火处理后的吸收光谱,A为样品未经氮退火处理 B为样品在300下经1h氮退火处理 C为样品在350下经1h氮退火处理 D为样品在450下经1h氮退火处理 E为样品在550下经1h氮退火处理,比较上述结果，样品在经过空气退火和氮气退火之后，吸收边分别
5、表现出蓝移和红移。而且，经氮气退火处理之后，物质的光吸收率也有所增加。,在空气退火之后，部分量子点薄膜会被氧化，形成PbO、PbSO3、PbSO4等非晶氧化化合物。这些化合物可使得器件产生较高的Voc和FF。剩余的未氧化部分用来吸收光。接着对薄膜进行氮气退火，促使未氧化的量子点加大光的吸收量。,方案二、对电池阴极Mg的替换,由该电池结构的能级图我们发现，Mg的电子能级比PCBM的LUMO（最低未被占轨道）能级高，电子在该界面传输时，即由低能级向高能级跃迁，这样的电子传输效率必然不高。据此，我们提出优化方法二：将电池阴极Mg替换为能级低于PCBM的LUMO能级-4.0eV的金属Ag。,替换后，器
6、件的能级结构如图：,Ag的能级为-4.25eV，小于-4.0eV，实现了电子在此界面由高能级向低能级的自然跃迁，使得在同样时间内有更多的电子传输到电池的金属阴极。增强光电流及光电压，提高光电转换效率。,在金属中有许多物质的能级都低于-4.0eV，如Al、Au。而我们选用Ag，其原因是：对于太阳能电池，它是靠吸收太阳光工作的，而且电池的阴极位于器件的最上层，所以我们需用具有良好透光效果的物质作为电池的电极。与其它金属相比，Ag的透光率是比较高的。,六、总 结,本文主要介绍了优化以硫化铅量子点为基础的双层太阳能电池性能的方法。 1、通过对该器件量子点/PCBM界面进行处理，我们比较得出了提高器件开路电压和填充因子的最好方法。 2、提出两种优化电池结构、提高转换效率的方案：a. 在对薄膜进行空气退火之后，又加以氮退火处理，通过氮退火提高量子点薄膜的光吸收率，达到优化太阳能电池效率的目的；b. 从电池的能级结构出发，将电子能级较高的电池阴极Mg替换为能级较低的Ag，加大电子传输界面间的能级差、促进电子的传输。通过这两个改进，该器件的性能将更加优越。,谢谢各位老师！,
