Pb-Sn-S 液態半導體敏化太陽能電池

首次使用三元化合物半導體量子點Pb-Sn-S作為敏化太陽電池中之吸光材料。實驗採用兩階段的連續離子層吸附反應法( SILAR )並經過退火將三元化合物半導體量子點合成於多孔性TiO2薄膜內，並且利用X-ray粉末繞射儀分析所合成出材料的晶相。光學特性由紫外-可見光譜儀(UV-Vis Spectroscopy)進行分析與計算能隙為1.60-1.82 eV。研究金與鉑對電極，不同硫電液對效率影響。 發現敏化太陽能電池在PbS(4)/SnS(5)的SILAR cycles、 ZnS塗佈 、多硫電解質搭配Au對電極為最佳化結果。100 %太陽光下可得到轉換效率1.52 %、開路電壓0.3 V、短路電流密度14.35 mA/cm2與填充因子35.2 %。We present a new ternary semiconductor sensitizer Pb-Sn-S for solar cells for the first time. Successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) was employed to prepare Pb-Sn-S sensitized nanocrystallite TiO2 photoanodes. After a two-stage SILAR and annealing at 190℃ for 10 min in N2, Pb-Sn-S quantum dots were synthesized. The characteristics of these photoanodes, such as surface morphology and UV-Vis adsorption, were measured with XRD and UV-Vis adsorption. The effects of counter electrodes with gold or platinum catalyst and liquid electrolytes with different polysulfide redox couples on the photovoltaic performance were also studied. The cells assembled with these different components showed different photovoltaic performance. It was found that the cell assembled with the photoanode fabricated by PbS(4)/SnS(5) of SILAR circulation, gold counter electrode with ZnS coating and liquid electrolyte containing polysifide showed the highest photovoltaic performance. The best cell exhibited a short-circuit current density,an open-circuit voltage,a fill factor, and a power conversion efficiency of 14.35 mA/cm2, 0.30 V, 35.2 % and 1.52%, respectively.第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 研究動機 1 第二章 文獻回顧與原理 3 2-1 QDSSC結構 3 2-2 QDSSC工作原理 5 2-3 Pb-Sn-S三元素量子點文獻回故 6 2-3-1 錫量對Pb-Sn-S三元素量子點 6 2-3-2 退火對Pb-Sn-S奈米晶體的影響 9 2-3-3 Pb-Sn-S奈米晶體混相 10 2-4 多重激子產生 (Multiple exciton generation，MEG)與量子局限效應(Quantum confinement effect) 12 2-5 太陽能電池等效電路與參數 13 2-6 太陽光與模擬光源條件 16 2-7 化學浴法(Chemical bath deposition ,CBD) 17 2-8 水熱法（Hydrothermal method） 18 2-9 連續離子層吸附反應法（Successive ionic layer absorption and reaction ,SILAR） 18 第三章 實驗製程 19 3-1 實驗儀器 19 3-2 實驗藥品 20 3-3 QDSSC製作流程 23 3-4 對電極製作 24 3-5 光電極製作 24 3-5-1 FTO基板處理 24 3-5-2 Ti-ip緻密層製作 25 3-5-3 TiO2吸光層與散射層製作 25 3-6 Pb-Sn-S量子點合成 26 3-6-1 化學浴 26 3-6-2 水熱法 27 3-6-3 SILAR法 27 3-7 硫化鋅ZnS Coating 29 3-8 電解液配置 29 3-9 電池封裝 30 3-10 電壓電流量測 30 3-11 X RAY原理與樣品製作 31 3.12 UV-VIS吸收光譜量測與樣品製作 32 第四章 結果與討論 33 4-1 Pb-Sn-S材料特性 33 4-1-1 UV-Vis光學特性分析 33 4-1-2 X-ray粉末繞射分析 37 4-2 不同TiO2粒徑對效率比較 39 4-3 不同退火溫度比較火溫度 39 4-4 不同SnS SILAR時間比較 40 4-5 SnS SILAR cycle對於效率的影響 42 4-6 不同對電極對於效率的影響 44 4-7 ZnS Coating對於效率影響 45 4-8 不同電解液對於效率的影響 47 第五章 結論 49 5-1 總結 49 5-2 未來工作 49 參考文獻 5