基于反蛋白石光子晶体结构的Cu2ZnSnS4量子点敏化太阳能电池的制备及性能研究

项目名称： 基于反蛋白石光子晶体结构的Cu2ZnSnS4量子点敏化太阳能电池的制备及性能研究

项目编号： No.51202108

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 无机非金属材料学科

项目作者： 刘文超

作者单位： 南京大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 我们设计一种基于新型量子点吸光材料和光子晶体结构的太阳能电池。将反蛋白石光子晶体结构引入太阳能电池，与p型Cu2ZnSnS4（CZTS）量子点结合封装成改进效率的太阳能电池。我们采用节能环保可靠可行的水热法制备无毒廉价高吸光度和能量转化效率的CZTS量子点。通过自组装方法制备光子晶体正模板，并通过反填制得二氧化钛和氧化锌反蛋白石光子晶体，作为吸附量子点的模板。反蛋白石结构光子晶体在这个太阳能电池设计中同时发挥三个优点：光学带隙和慢光效应利于吸光、大的比表面积利于增加和量子点接触利于敏化、有序结构利于光生载流子疏运。最终通过反蛋白石模板吸附量子点得到一种全新的基于反蛋白石光子晶体的CZTS量子点敏化太阳能电池，渴望能有效提高太阳能电池的短路电流、开路电压、填充因子和能量转化效率。通过总结提出这个电池的光生载流子的产生和疏运机制，为新型量子点太阳能电池器件发展提供充分的理论依据。

中文关键词： 铜锌锡硫；量子点；光子晶体；太阳能电池；

英文摘要： We present a novel design for the manufacture of sensitized solar cells, coupling high surface-to-volume ratio p-type Cu2ZnSnS4 (CZTS) quantum dots into a three-dimensional inverse opal photonic crystal. Cu2-II-IV-VI4 quaternary compounds, such as CZTS and Cu2ZnSnSe4 (CZTSe), have attracted considerable attention and been considered as one of the most promising 'next generation' photovoltaic materials due to their near-optimum direct band gap energy of 1.4～1.6 eV, large absorption coefficient (>104 cm-1) and theoretical limit power conversion efficiency of 32.2%. We develop an energy-saving hydrothermal method for synthesizing ultrafine earth abundant CZTS nanocrystals with controllable size and tunable band-gap.The inverse opals templates used for absorbing quantum dots are fabricated through infiltrating ZnO or TiO2 precursor into the interstices of the opal templates self-assembled from monodisperse submicrometer polystyrene (PS) spheres. The inverse opal and quantum dot based structure shows many advantages and plays a key role in the whole solar cell device. First, its complicated nanostructure is able to effectively diffract photons and increases their path length and dwell time within the absorber layer. Furthermore, the ordered photonic structure itself has a band-gap in the range of visible light and

英文关键词： Cu2ZnSnS4；quantum dot；photonic crystal；solar cell；