论文摘要
量子点由于独特的尺寸效应被作为吸收材料，与金属氧化物电子传输材料作用，应用在敏化太阳能电池中。量子点独特的多激子生成效应，可以突破传统单结体材料太阳能电池中功率转换效率32%的热力学限制。但是，目前得到的最高效的量子点敏化太阳能电池的功率效率也不到5%，远远小于已经商品化的硅太阳能电池的25%的效率。限制其功率效率的过程有很多，器件中电子空穴对的产生过程、载流子转移的过程、电子空穴对复合的过程等。我们这篇论文主要从两个方面研究了提高器件中电荷转移速率的方法。（1）巯基丙酸（MPA）分子对于从CdSe量子点到ZnO纳米粒子薄膜的电荷转移过程的影响。通过对比CdSe量子点薄膜样品、没有MPA分子参与作用的ZnO/CdSe薄膜样品和有MPA分子连接的ZnO/MPA/CdSe薄膜样品的稳态光谱和时间分辨荧光光谱，我们发现两个薄膜样品中都存在从CdSe量子点到ZnO纳米粒子薄膜的电荷分离过程，但是相对于ZnO/CdSe样品，ZnO/MPA/CdSe样品中电荷转移速率明显较小。这表明MPA分子本身它并不能促进CdSe到ZnO电荷分离过程，反而起到一定的阻碍作用。目前普遍的CdSe量子点敏化太阳能电池中都会使用MPA分子，然而我们得到的结果表明，MPA分子对电子有效转移起阻碍作用，因此可以认为用金属氧化物薄膜直接吸附量子点材料，将能获得更高功率转换效率的量子点敏化太阳能电池。（2）热处理对CdSe/CdS/ZnS多壳层量子点到金属氧化物纳米粒子薄膜的电荷转移过程的影响。我们在平整的具有一定厚度的ZnO、TiO2纳米粒子薄膜上沉积单分散的多壳层CdSe量子点，SiO2纳米粒子薄膜为参照样品，通过稳态光谱和荧光衰减光谱观测样品中电子转移过程。研究发现，经过在100℃至300℃的热处理10分钟后，SiO2纳米粒子薄膜上的量子点的荧光寿命几乎没有变化，说明多壳层量子点具有很好的热稳定性。同时还发现，两种金属氧化物薄膜ZnO、TiO2为基底的样品中电子转移速率随着热处理温度的升高而逐渐变大。原因是热处理引起量子点表面的配体部分挥发，量子点与金属氧化物之间的耦合作用增强。我们成功的通过热处理，使得ZnO/CdSe薄膜样品中的电子转移速率由1.7×107s-1增大到1.7×108s-1，TiO2/CdSe薄膜样品中的电子转移速率由3.2×107s-1增大到2.5×108s-1。由此我们可以得出结论，热处理可以有效地提高多壳层量子点与金属氧化物之间的电子转移速率。
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