一系列新颖的半导体合金纳米晶的制备及其光伏应用

最近我们第一次在低温下合成了具有亚稳态立方和六方结构的CuInS2和Cu2SnS3纳米晶，从而成功制备了一系列新颖的多组份半导体合金纳米晶(ZnS)x(CuInS2)y(Cu2SnS3)1-x-y和(ZnSe)x(CuInSe2)y(Cu2SnSe3)1-x-y，利用这些带隙和组份可调的半导体纳米晶作为吸光层，参考传统铜铟镓硒（CIGS）的器件结构，制备出薄膜太阳能电池。这个项目的主要任务是降低薄膜太阳能电池的材料成本和制作成本。本项目的创新点如下：1.吸光层半导体材料新颖、种类多、环保而且成本低廉；2.合金(ZnS)x(CuInS2)y(Cu2SnS3)1-x-y的组份任意可调，合金的带隙在3.7到0.96 eV之间任意可调;3.合成的纳米晶是油溶性的，能够分散在甲苯等非极性有机溶剂中，因此可以利用旋涂、垂直提拉、打印或超声喷雾等非真空沉积的方法制备纳米晶薄膜，降低太阳能电池的制作成本。

在该面上项目执行的过程中，我们发展了两种新颖的具有普适性的分子前体溶液方法来直接原位制备CuInS2, Cu(InGa)S2, Cu2ZnSnS4和Cu2CdSnS4等多元铜基半导体纳米晶薄膜，通过高温后硒化的方法，获得了大晶粒密堆积的CuIn(SSe)2, Cu(InGa)S(SSe)2, Cu2ZnSn(SSe)4和Cu2CdSn(SSe)4高质量吸光层薄膜，通过化学水浴沉积CdS薄膜，磁控溅射沉积高阻ZnO薄膜以及高导的ITO薄膜，最后蒸镀铝格子电极，完成铜基薄膜太阳能电池的制备，经过四年时间的努力，通过溶液成膜方法，实现了多种铜基半导体纳米晶薄膜的原位制备，对于CuIn(SSe)2, Cu(InGa)S(SSe)2, Cu2ZnSn(SSe)4和Cu2CdSn(SSe)4薄膜电池，我们分别获得了10.1%，8.92%，8.02%和3.4%的光电转换效率，这些光电转换效率在溶液法制备铜基薄膜电池方面处于国际先进水平。.在过去的四年当中，我们课题组发表了与该项目申请内容密切相关的高水平SCI论文16篇，包括2篇 Chem. Mater., 1篇Green Chem., 3篇ACS Appl. Mater. Interfaces, 1篇Nanoscale, 1篇Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 1篇J. Phys. Chem. C,1篇Energy Technology, 1篇Dalton Trans., 2篇J. Mater. Chem. 1篇Cryst. Growth Des.以及1篇RSC Advance，其中影响因子大约4的研究论文13篇。同时获授权的国内专利1个，另外两个国内专利正在申请当中。