無機半導(dǎo)體納米材料在聚合物太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】：近年來,聚合物太陽能電池因其制備成本較低、質(zhì)量輕和可溶液制備等優(yōu)點,克服了傳統(tǒng)無機太陽能電池的成本高、機械性能差等缺點,而引起了人們的廣泛關(guān)注。目前報道的基于富勒烯衍生物和共軛聚合物的有機太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率雖然已經(jīng)超過10%,但無論是富勒烯衍生物還是聚合物,它們的吸光系數(shù)都較低,故對太陽光譜的捕獲有限的弊端也逐漸顯現(xiàn)出來。而且在體相異質(zhì)結(jié)太陽能電池中,活性層的能級偏移和與電極接觸的界面問題也是限制其發(fā)展的重要因素。吸光層與電極之間幾毫伏的能壘就會導(dǎo)致電荷的累積與復(fù)合,因此建立有效的電荷抽取和良好的歐姆接觸不僅可以增強器件的穩(wěn)定性,也是提高光伏器件的重要策略。利用無機半導(dǎo)體納米晶解決界面問題,首先要除去納米粒子表面的多余絕緣配體,并保證其良好的分散。因為納米粒子如果因高溫配體交換而產(chǎn)生團聚現(xiàn)象,發(fā)生宏觀相分離的話,就會使活性層和電極的界面之間相容性變差,接觸不良,從而不利于激子的分離與自由電荷的傳輸。其次還要求抽取電子的界面材料可以形成連續(xù)不斷的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),給電荷的抽取和載流子的傳輸提供良好的通道。本文采用平面性良好的氧化石墨烯(GO)提高配體交換的納米晶的分散性和使用3D結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體納米晶修飾電極界面的方法解決了這兩個問題。具體方法如下:第一,本文使用熱注入的方法制備了四方晶型的Cu2ZnSnSe4納米粒子作為正向器件的空穴傳輸層,取代了聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS),并用配體吡啶交換的方法去除納米晶表面的絕緣有機物,來提高半導(dǎo)體納米晶的電荷傳輸能力。但是交換后的納米粒子容易聚集的現(xiàn)象會導(dǎo)致電池漏電。為了解決納米粒子聚集的問題,加入少量氧化石墨烯(GO)作為負(fù)載和分散團聚半導(dǎo)體的納米模板,不僅使納米晶與氧化石墨烯上的官能團通過靜電作用相互吸引,提高了納米粒子的分散性,制備的納米復(fù)合物還有助于調(diào)控陽極緩沖層的功函,從而使器件效率升高一倍。第二,本文通過制備CdSe四足體(TPs)納米晶修飾反向器件中緩沖層Zn O的表面,形成3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的電子傳輸與抽取通道,有效的增加了短路電流,降低了ZnO的表面缺陷。導(dǎo)致整個電池的串聯(lián)電阻降低,從而使填充因子從52.9%提高到61.3%;另外通過優(yōu)化CdSe的濃度,使短路電流從7.39 mA·cm-2提高到8.03 mA·cm-2。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 Cu2ZnSnSe4納米粒子 氧化石墨烯 CdSe四足體
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-33
• 1.1 引言9-10
• 1.2 太陽能電池10-13
• 1.2.1 太陽光譜10
• 1.2.2 光伏效應(yīng)10-12
• 1.2.3 太陽能電池光伏性能參數(shù)12-13
• 1.3 太陽能電池的應(yīng)用材料13-16
• 1.3.1 共軛聚合物13
• 1.3.2 有機小分子13-14
• 1.3.3 半導(dǎo)體納米材料14-16
• 1.4 納米材料在太陽能電池中的應(yīng)用16-22
• 1.4.1 雜化體相異質(zhì)結(jié)太陽能電池16-20
• 1.4.2 耗盡型異質(zhì)結(jié)量子點電池20-22
• 1.5 納米材料在太陽能電池中遇到的的挑戰(zhàn)22-24
• 1.6 提高納米材料在太陽能電池中性能的應(yīng)用策略24-31
• 1.6.1 納米粒子表面的配體處理24-26
• 1.6.2 調(diào)控聚合物能級26-28
• 1.6.3 原位生長半導(dǎo)體納米晶28-29
• 1.6.4 聚合物充當(dāng)納米晶配體29
• 1.6.5 石墨烯修飾納米晶29-30
• 1.6.6 納米晶修飾界面30-31
• 1.7 本課題提出的意義31-33
• 第2章 均相Cu_2ZnSnSe_4納米晶/氧化石墨烯納米復(fù)合物在聚合物太陽能電池中的應(yīng)用33-51
• 2.1 引言33-34
• 2.2 實驗部分34-37
• 2.2.1 實驗原料及試劑34-35
• 2.2.2 實驗儀器及表征手段35
• 2.2.3 實驗內(nèi)容與步驟35-36
• 2.2.4 太陽能電池器件的制備與表征36-37
• 2.3 結(jié)果與討論37-49
• 2.3.1 CZTSe納米粒子配體交換的研究37-42
• 2.3.2 加入GO的納米復(fù)合物的研究表征42-47
• 2.3.3 納米復(fù)合物在器件中的應(yīng)用47-49
• 2.4 本章小結(jié)49-51
• 第3章 CdSe四足體納米晶修飾ZnO緩沖層在反向聚合物太陽能電池中的應(yīng)用51-63
• 3.1 引言51-52
• 3.2 實驗部分52-54
• 3.2.1 實驗原料及試劑52
• 3.2.2 實驗儀器及表征手段52-53
• 3.2.3 實驗內(nèi)容與步驟53-54
• 3.3 實驗結(jié)果與討論54-61
• 3.3.1 CdSe四足體納米晶形貌的表征54-55
• 3.3.2 CdSe四足體納米晶光學(xué)性能的表征55-57
• 3.3.3 ZnO/CdSe納米薄膜的元素分析57-58
• 3.3.4 基于CdSe四足體的器件表征58-61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 第4章 結(jié)論與展望63-65
• 4.1 結(jié)論63-64
• 4.2 展望64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-74
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果74

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