功能化的納米ZnO作為陰極緩沖層在聚合物太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用

【摘要】：聚合物太陽(yáng)能電池由于其具有質(zhì)量輕,成本低,機(jī)械柔性好以及易于實(shí)現(xiàn)大面積的生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。但當(dāng)前聚合物太陽(yáng)能電池的效率還是較低,目前提高聚合物太陽(yáng)能電池效率的途徑主要通過(guò)設(shè)計(jì)合成新的活性層材料,活性層的形貌調(diào)控以及電極和活性層之間的界面優(yōu)化等。其中電極和活性層之間的界面優(yōu)化起著非常重要的作用。良好的界面層材料不僅可以改善無(wú)機(jī)的金屬電極和有機(jī)的活性層之間的接觸,降低界面勢(shì)壘;還能夠調(diào)節(jié)各接觸界面的能級(jí),提高電荷的選擇性,進(jìn)而促進(jìn)電荷的傳輸和收集,最終提高器件的效率。同時(shí),界面層還能有效地避免空氣中水氧的侵蝕,在一定程度上還能提高器件的穩(wěn)定性。本論文主要研究功能化的納米氧化鋅(nano-ZnO)作為陰極緩沖層來(lái)優(yōu)化聚合物太陽(yáng)能電池的性能。首先我們用水熱法制備了氧化鋅納米陣列(ZnO NAs),并對(duì)所得到的ZnO NAs進(jìn)行了相應(yīng)的性能測(cè)試和表征。為了減小Zn O NAs表面的缺陷,改善ZnO NAs表面性能,提高聚合物太陽(yáng)能電池的光電性能,我們用連續(xù)離子吸附法生長(zhǎng)的CdS納米層作為表面改性劑對(duì)其進(jìn)行表面功能化。引入CdS納米層對(duì)ZnO NAs表面進(jìn)行功能化后,聚合物太陽(yáng)能電池的光電流(Jsc),開(kāi)路電壓(Voc),填充因子(FF)和器件光電轉(zhuǎn)化效率(PCE)均得到了較為明顯地提高。而且在雜化太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)中,引入CdS納米層后,雜化太陽(yáng)能電池的相關(guān)器件性能參數(shù)也得到了明顯的提高。而且為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)的工藝,隨后我們還用全(十三)氟辛基三乙氧基硅烷來(lái)氟化ZnO NPs,并將其摻入到活性層中。由于含氟烷基鏈的表面能較低,經(jīng)過(guò)溶劑退火,含氟的氧化鋅納米粒子(用Zn OF NPs來(lái)表示)會(huì)自發(fā)的上漂形成一薄層電子傳輸層,最終達(dá)到能夠改善有機(jī)活性層和電極間的接觸又能夠簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)工藝的目的。綜上,設(shè)計(jì)一個(gè)好的界面層材料不僅能夠提高器件的效率,還能夠簡(jiǎn)化器件制備的工藝,降低成本,這對(duì)以后的大面積商業(yè)化生產(chǎn)大有裨益。而且結(jié)合無(wú)機(jī)納米晶和有機(jī)聚合物各自的優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)新型的界面材料必將對(duì)于太陽(yáng)能電池的發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)。 【關(guān)鍵詞】：氧化鋅納米陣列(Zn O NAs) 氧化鋅納米粒子(Zn O NPs) 硫化鎘(Cd S) 納米膜 功能化 自組裝 含氟碳鏈 陰極緩沖層
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ132.41;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-19
• 1.1 引言8-11
• 1.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池11-19
• 1.2.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池的工作原理11-12
• 1.2.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能參數(shù)12-13
• 1.2.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池的的結(jié)構(gòu)13-15
• 1.2.4 提高有機(jī)太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)的策略15-19
• 第二章 CdS納米層功能化ZnO納米陣列（ZnO NAs）在器件中的作用19-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分19-21
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料及試劑19
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及表征手段19-20
• 2.1.3 氧化鋅納米陣列（ZnO NAs）基底（ITO/ZnO NAs）的制備20
• 2.1.4 ITO/ZnO@CdS NAs基底的制備20-21
• 2.1.5 ITO/ZnO@CdS NAs/P3HT:PCBM(或P3HT)基底的制備21
• 2.1.6 完整器件的制備21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論21-32
• 2.2.1 陣列的合成和結(jié)構(gòu)表征21-25
• 2.2.2 陣列在器件中的應(yīng)用25-28
• 2.2.3 器件性能的表征28-32
• 2.3 本章小結(jié)32-33
• 第三章 功能化的Zn O納米粒子（即Zn OF NPs）在器件中的應(yīng)用33-48
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分33-36
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)原料和試劑33
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及表征手段33-34
• 3.1.3 含氟氧化鋅納米粒子（ZnOF NPs）的制備34
• 3.1.4 聚合物太陽(yáng)能電池的制備34-36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論36-46
• 3.2.1 ZnOF NPs合成和結(jié)構(gòu)表征36-37
• 3.2.2 ZnOF NPs的分散性能表征37-38
• 3.2.3 ZnOF NPs在器件中的應(yīng)用38-44
• 3.2.4 P3HT:PCBM:ZnOF NPs器件性能的表征44-46
• 3.3 本章小結(jié)46-48
• 第四章 結(jié)論與展望48-49
• 4.1 結(jié)論48
• 4.2 展望48-49
• 致謝49-50
• 參考文獻(xiàn)50-62
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果62

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