ZnO基有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池制備及性能研究

【摘要】：隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,能源緊缺與碳排放問題日益凸顯,開發(fā)可再生能源也顯得越發(fā)重要與急迫。有機(jī)/無機(jī)雜化太陽能電池作為一種有前景的電池,近年來受到了廣泛的關(guān)注。和傳統(tǒng)太陽能電池相比,雜化太陽能電池有很多優(yōu)勢(shì),例如它材料價(jià)格廉價(jià),可以在低溫下通過旋轉(zhuǎn)涂膜、絲網(wǎng)印刷、噴墨打印等方法制備,可大面積成膜,操作簡(jiǎn)單易行,被認(rèn)為是取代無機(jī)太陽能電池的理想選擇。ZnO基有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池因ZnO具有可低成本低溫生長(zhǎng)、電子遷移率高、環(huán)保無毒等優(yōu)勢(shì)而尤其受到關(guān)注。本文針對(duì)ZnO基有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池的研究熱點(diǎn),首先研究了生長(zhǎng)條件對(duì)ZnO納米結(jié)構(gòu)尺寸和密度的影響,并重點(diǎn)研究了不同ZnO納米結(jié)構(gòu)尺寸、ZnO表面修飾處理、退火、氧等離子體處理、空氣中陳化等對(duì)ZnO基有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池器件的效率影響,發(fā)現(xiàn)退火、氧等離子體處理、對(duì)ZnO進(jìn)行PSBTBT表面修飾、對(duì)器件進(jìn)行空氣中陳化,對(duì)提高電池的效率均起到了一定的作用。具體研究工作如下：1. 采用水熱方法,以涂有ZnO納米晶籽晶層的ITO作為襯底,制備ZnO納米棒,研究了不同濃度的反應(yīng)液在不同時(shí)間下水熱生長(zhǎng)的ZnO的具體形貌、尺寸,密度。以此為基礎(chǔ)制備了ITO/ZnO/P3HT/Ag有機(jī)無機(jī)結(jié)雜化太陽能電池,通過比較電池的效率,獲得了最佳ZnO納米棒的尺寸和密度；2. 制備了體異質(zhì)結(jié)雜化電池,電池結(jié)構(gòu)是ITO/ZnO/P3HT/Ag。通過對(duì)ZnO表面分別進(jìn)行退火處理,等離子處理,發(fā)現(xiàn)ZnO在400℃下處理1h,器件效果最佳。3.制備了結(jié)構(gòu)為ITO/ZnO/P3HT:PCBM/Ag的雜化電池,通過改變活性層的退火溫度和時(shí)間,對(duì)ZnO表面進(jìn)行PSBTBT修飾及在空氣中陳化處理,發(fā)現(xiàn)不同處理?xiàng)l件下器件效率均有所提升。最佳的器件通過PSBTBT表面修飾和在空氣中陳化處理效率達(dá)到2.02%,其中短路電流密度、開路電壓、填充因子分別是13.23mA.cm-2、0.547V、28%。通過表面修飾的器件效率比未修飾的效率提高近7倍。4.以P3HT為電子施體,PCBM為電子受體制備了活性層厚度不同的結(jié)構(gòu)為ITO/P3HT:PCBM/Al的有機(jī)太陽能電池,通過測(cè)得的Jsc-V特性曲線,發(fā)現(xiàn)活性層厚度對(duì)器件效率有一定的影響。為了優(yōu)化有機(jī)電池結(jié)構(gòu),添加空穴緩沖層PEDOT:PSS,空穴阻擋層TiO2,發(fā)現(xiàn)空穴緩沖層的添加確實(shí)使器件效率提升了53.9%,而TiO2卻沒有達(dá)到預(yù)想的結(jié)果。 【關(guān)鍵詞】：有機(jī)無機(jī)雜化 太陽能電池 表面修飾 能量轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 新型電池簡(jiǎn)介9-10
• 1.2 有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池的工作原理10-11
• 1.3 太陽能電池的結(jié)構(gòu)11-12
• 1.3.1 雙層異質(zhì)結(jié)型11
• 1.3.2 無序本體異質(zhì)結(jié)型11-12
• 1.3.3 有序本體異質(zhì)結(jié)型12
• 1.4 有機(jī)無機(jī)雜化電池的性能表征12-17
• 1.4.1 能量轉(zhuǎn)換效率13
• 1.4.2 短路電流密度13-15
• 1.4.3 填充因子15
• 1.4.4 開路電壓15-17
• 第二章 ZnO納米棒的制備與表征17-24
• 2.1 前言17-18
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分18-19
• 2.3 結(jié)果與討論19-23
• 2.3.1 ZnO形貌與結(jié)構(gòu)的研究19-22
• 2.3.2 ZnO的表面修飾22-23
• 2.4 結(jié)論23-24
• 第三章 ZnO基雜化電池的制備及表征24-38
• 3.1 前言24-25
• 3.2 ZnO/P3HT雜化電池的制備及性能表征25-29
• 3.2.1 ZnO/P3HT雜化電池的制備25-26
• 3.2.2 ZnO納米棒的處理對(duì)器件性能的影響26-28
• 3.2.3 浸泡薄膜對(duì)器件性能的影響28-29
• 3.3 ZnO/P3HT：PCBM器件制備及性能表征29-36
• 3.3.1 ZnO/P3HT：PCBM器件制備29
• 3.3.2 活性層對(duì)器件性能的影響29-31
• 3.3.3 不同籽晶層對(duì)器件性能的影響31-32
• 3.3.4 PSBTBT層對(duì)器件性能的影響32-35
• 3.3.5 空氣中放置時(shí)間對(duì)器件性能的影響35-36
• 3.4 結(jié)論36-38
• 第四章 P3HT/PCBM基有機(jī)太陽能電池制備38-44
• 4.1 前言38-39
• 4.2 實(shí)驗(yàn)過程39
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析39-43
• 4.3.1 活性層厚度對(duì)器件性能的影響39-41
• 4.3.2 添加空穴緩沖層和阻擋層對(duì)性能影響41-43
• 4.4 結(jié)論43-44
• 第五章 總結(jié)與展望44-46
• 參考文獻(xiàn)46-52
• 致謝52-53
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果53-56
• 浙江師范大學(xué)學(xué)位論文誠(chéng)信承諾書56

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