水相加工法構筑聚合物/納米晶體相異質結太陽能電池

【摘要】：隨著人類的不斷開采,煤、石油、天然氣等化石能源的枯竭不可避免,而這些一次能源的消耗也將排出大量的二氧化碳等氣體,加重溫室效應,影響人類的生存環(huán)境。作為一種無限的清潔能源,太陽能是人類最佳選擇之一。保守估計,太陽能將在22世紀世界范圍內直接替代數(shù)十億噸化石能源。太陽能電池是將太陽光轉化為電能的一種半導體薄膜器件,制備太陽能電池是從太陽獲得清潔能源的主要途徑之一。太陽能電池已經發(fā)展了50余年,經歷了晶硅,薄膜以及溶液法加工的廉價、高性能、柔性太陽能電池三個時代。作為第三代太陽能電池之一,水溶液加工法構筑的聚合物/納米晶太陽能電池由于其獨特的溶劑無毒的性質,備受人們關注,其逐年提升的效率更是為今后的商業(yè)生產拓寬了空間。本論文圍繞水相加工法構筑聚合物/納米晶體相異質結太陽能電池,主要開展了兩個方面工作:(1)具有高近紅外貢獻的水相雜化太陽能電池的制備。我們將水溶性鎘汞碲納米晶與高遷移率的聚合物poly[(3,4-dibromo-2,5-thienylene-vinylene)-co-(p-phenylene-vinylene)](PBTPV)結合,制備了具有較高近紅外貢獻的雜化太陽能電池。首先通過紫外吸收表征,并選擇能級匹配的材料,確保了電荷的分離;進一步的活性層熱退火處理促進了納米晶的生長以及聚合物前驅體四氫噻吩支鏈的脫除,促使互穿網(wǎng)絡結構的形成以及載流子的傳輸,最終效率達到了2.7%,該效率在報道當時,為基于鎘汞碲太陽能電池的最高效率,其中赫謝爾光譜范圍的貢獻高達15.04%,為水相太陽能電池中近紅外貢獻最高者。(2)絕緣聚合物摻雜的水相納米晶太陽能電池的構筑。我們嘗試向水溶性碲化鎘納米晶中引入絕緣聚合物聚乙烯醇,成功制備了效率為4.32%的光伏器件,而在相同條件下Cd Te器件的效率只有3.63%。我們通過一系列表征與驗證,得出了絕緣聚合物在電池中的作用是填補了納米晶之間的空隙,避免電極材料蒸鍍之后產生的漏電流,增大了并聯(lián)電阻,從而減少了復合和漏電。另外,通過研究絕緣聚合物在太陽能電池中的作用,也使我們對共軛聚合物的作用有了更加深入的認識。 【關鍵詞】：太陽能電池 近紅外 水溶液 聚合物 納米晶
【學位授予單位】：東北師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 引言8-26
• 1.1 水相加工法構筑聚合物/納米晶太陽能電池8-14
• 1.1.1 水相加工制備太陽能電池的發(fā)展歷程8-12
• 1.1.2 給受體太陽能電池的性能表征12-13
• 1.1.3 給受體太陽能電池的工作原理13-14
• 1.2 給受體太陽能電池的結構簡介14-19
• 1.2.1 平面異質結太陽能電池14-16
• 1.2.2 體相異質結太陽能電池16-17
• 1.2.3 有序異質結太陽能電池17-19
• 1.3 聚合物/納米晶太陽能電池性能的影響因素和優(yōu)化19-25
• 1.3.1 水溶性聚合物材料的設計和合成19-21
• 1.3.2 水溶性納米晶的制備21-23
• 1.3.3 活性層形貌的調控23-25
• 1.4 本論文的設計思想與研究內容25-26
• 第二章 實驗藥品、儀器與測試方法26-28
• 2.1 實驗藥品26
• 2.2 實驗儀器及測試設備26-27
• 2.3 材料的結構表征27
• 2.4 材料的光電性能測試27-28
• 2.4.1 ITO玻璃的處理27
• 2.4.2 光伏器件的制備27
• 2.4.3 太陽能電池光電轉化效率測試27-28
• 第三章 具有高近紅外貢獻的共軛聚合物/納米晶太陽能電池28-35
• 3.1 引言28-29
• 3.2 材料的制備29-30
• 3.3 結果與討論30-34
• 3.3.1 PBTPV:Cd0.75Hg0.25Te活性層的光物理性質30
• 3.3.2 材料的能級與器件的結構30-31
• 3.3.3 互穿網(wǎng)絡結構的形成31-33
• 3.3.4 器件的光電性能33-34
• 3.4 本章小節(jié)34-35
• 第四章 絕緣聚合物摻雜的納米晶太陽能電池35-42
• 4.1 前言35
• 4.2 材料的制備35-36
• 4.3 結果與討論36-41
• 4.3.1 器件的結構與I-V性能36-37
• 4.3.2 PVA的熱退火性質37
• 4.3.3 遷移率測試以及平面異質結太陽能電池性能37-38
• 4.3.4 活性層光譜分析38
• 4.3.5 活性層形貌表征38-39
• 4.3.6 光電性質39-41
• 4.4 本章小結41-42
• 第五章 結論42-43
• 參考文獻43-51
• 致謝51-52
• 在學期間公開發(fā)表論文及著作情況52

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