FeS2納米晶聚合物復(fù)合太陽(yáng)能電池的制備及穩(wěn)定性研究

【摘要】：納米晶聚合物太陽(yáng)能電池具有原材料價(jià)格低,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,易于大面積柔性制造等優(yōu)點(diǎn)。但目前基于納米晶的太陽(yáng)能電池仍存在光電轉(zhuǎn)換效率較低、電池穩(wěn)定性差等問(wèn)題。FeS2納米晶在可見及近紅外波段具有較高的光學(xué)吸收性能,可突破有機(jī)聚合物吸收局限于可見光區(qū)域的缺陷,改善太陽(yáng)能電池光活性層吸收光譜與太陽(yáng)輻射光譜的重合率,提高太陽(yáng)能電池的性能。 本論文合成了綠色窄帶隙FeS2納米晶,制備了反向倒置結(jié)構(gòu)的納米晶聚合物太陽(yáng)能電池,考察了納米晶與聚合物的添加比率、溶劑選擇、熱處理工藝等影響因素,通過(guò)優(yōu)化電池制備工藝參數(shù),獲得的FeS2納米晶聚合物太陽(yáng)能電池具有較寬的溫度穩(wěn)定性和較高的時(shí)間穩(wěn)定性,且在不同光照強(qiáng)度下效率波動(dòng)幅值較小。論文主要獲得以下研究結(jié)果： (1)采用燒瓶溶劑熱法實(shí)現(xiàn)了晶型完整且純凈的FeS2納米晶的簡(jiǎn)單快速合成,納米晶呈球形均勻分散,粒徑約40nm,吸收峰在750nm左右,與太陽(yáng)光譜實(shí)現(xiàn)了良好的匹配。 (2)優(yōu)化了TiO2電子傳輸層和光電活性層制備工藝,發(fā)現(xiàn)采用TiO2納米顆粒的透明溶液旋涂制備TiO2層更薄更均勻,有利于電子的快速傳輸；旋涂速度1500rpm下制備出的活性層保證了電池所需納米晶與聚合物的用量,且厚度約80nm,縮短了電子傳輸?shù)木嚯x,有效降低了電子復(fù)合率；電池150℃熱處理后,可去除有機(jī)配體,且使聚合物呈現(xiàn)纖維狀,為電子傳輸提供通道。 (3)獲得了光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)3.0%的FeS2納米晶聚合物太陽(yáng)能電池,該電池在保存15周仍保留原來(lái)效率的83.3%；20-80℃溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作；500-2000W/m2光強(qiáng)范圍內(nèi),電池效率的波動(dòng)幅值為±20%。比量子點(diǎn)敏化電池的穩(wěn)定性有明顯提升。 【關(guān)鍵詞】：FeS_2納米晶 量子點(diǎn) 太陽(yáng)能電池 聚合物 穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(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5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 研究背景與課題來(lái)源9-10
• 1.2 納米晶的基本概念10-11
• 1.3 太陽(yáng)能電池的工作原理11-12
• 1.4 納米晶在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用12-16
• 1.4.1 納米晶肖特基太陽(yáng)能電池12-13
• 1.4.2 納米晶敏化太陽(yáng)能電池13-16
• 1.4.3 納米晶聚合物太陽(yáng)能電池16
• 1.5 納米晶聚合物太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展16-21
• 1.5.1 納米晶聚合物太陽(yáng)能電池的原理和結(jié)構(gòu)17
• 1.5.2 納米晶的形狀、種類、尺寸以及組分的研究17-19
• 1.5.3 納米晶表面配體的研究19-20
• 1.5.4 納米晶與聚合物界面電荷傳輸與分離的優(yōu)化20-21
• 1.6 研究?jī)?nèi)容與意義21-23
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法及表征手段23-33
• 2.1 前言23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置23-24
• 2.2.1 燒瓶反應(yīng)裝置23-24
• 2.2.2 反應(yīng)釜24
• 2.3 實(shí)驗(yàn)藥品與實(shí)驗(yàn)設(shè)備24-25
• 2.4 電池及納米晶的表征方法25-32
• 2.4.1 納米晶的表征方法25-28
• 2.4.2 薄膜性能表征28
• 2.4.3 太陽(yáng)能電池性能的表征28-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第3章 綠色窄帶隙FeS_2納米晶的制備33-39
• 3.1 前言33-34
• 3.2 水熱法制備FeS_2黃鐵礦納米晶34-36
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程34
• 3.2.2 水熱法制備FeS_2相結(jié)構(gòu)和形貌表征34-36
• 3.3 燒瓶溶劑熱法制備FeS_2黃鐵礦納米晶36-38
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程36
• 3.3.2 FeS_2黃鐵礦納米晶的物相分析及形貌表征36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第4章 FeS_2納米晶聚合物太陽(yáng)能電池的制備及優(yōu)化39-50
• 4.1 前言39
• 4.2 電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)39-41
• 4.3 電池的制備工藝41-43
• 4.4 電池結(jié)構(gòu)TiO_2層的優(yōu)化43-45
• 4.4.1 一維TiO_2納米管43-45
• 4.4.2 TiO_2透明水溶液45
• 4.5 電池活性層的優(yōu)化45-49
• 4.5.1 活性層厚度的優(yōu)化46-48
• 4.5.2 熱處理工藝的優(yōu)化48-49
• 4.6 本章小結(jié)49-50
• 第5章 FeS_2納米晶聚合物太陽(yáng)能電池高效性與穩(wěn)定性研究50-61
• 5.1 前言50
• 5.2 電池的高效性50-56
• 5.2.1 FeS_2納米晶LUMO與HOMO值的測(cè)試52-54
• 5.2.2 FeS_2納米晶聚合物太陽(yáng)能電池的能級(jí)結(jié)構(gòu)54-56
• 5.3 電池的穩(wěn)定性56-60
• 5.3.1 時(shí)間穩(wěn)定性56-57
• 5.3.2 溫度穩(wěn)定性57-59
• 5.3.3 光強(qiáng)變化對(duì)電池性能的影響59-60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 第6章 總結(jié)與展望61-63
• 6.1 總結(jié)61-62
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)62
• 6.3 展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文70

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