傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)及反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池的制作及表征

【摘要】：聚合物太陽能電池屬于第三代太陽能電池，在能源問題日益嚴(yán)峻的當(dāng)今世界成為科研的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。二氧化鈦因其合適的能級結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的光學(xué)性能，被廣泛的應(yīng)用到了反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池中；電化學(xué)阻抗譜分析在染料敏化太陽能電池中有成熟的運(yùn)用，可幫助更好地理解聚合物太陽能電池中的界面情況。本文研究了空氣中制備傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)及反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池的方法，并對制備方法進(jìn)行了優(yōu)化；本文還對聚合物太陽能電池進(jìn)行了電化學(xué)阻抗譜分析。主要內(nèi)容包括： 首先，制作TiO2無機(jī)緩沖層材料，如TiO2薄膜、TiO2納米管薄膜、TiO2納米棒陣列薄膜，并研究了獲得高質(zhì)量及厚度可調(diào)節(jié)的TiO2薄膜的方法，利用掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）、高分辨透射電鏡（HR-TEM）、選區(qū)電子衍射（SAED）等對樣品進(jìn)行分析表征，得到了制備均勻TiO2薄膜的條件，以及控制TiO2納米棒陣列薄膜形貌的方法。 使用P3HT和PCBM作為活性層材料，旋涂法制備傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池，通過紫外-可見分光光度計(jì)（Uv-vis）、電池性能的測試等研究了活性層旋涂速率、活性層濃度對活性層厚度、對電池效率的影響，引入醋酸鋅保護(hù)層對電池活性層進(jìn)行保護(hù)，并研究了熱蒸鍍條件對電池性能的影響，最終優(yōu)化獲得了光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到2.35%的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池。 使用TiO2薄膜、TiO2納米棒陣列薄膜作為電子傳輸層，石墨烯氧化物作為空穴傳輸層制作反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池，并對電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，分別獲得了0.857%和0.535%的的光電轉(zhuǎn)化效率。 使用電化學(xué)阻抗對制備的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)及反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池進(jìn)行分析表征，對電池性能優(yōu)化中各種工藝參數(shù)改變的影響進(jìn)行分析表征，由此對聚合物太陽能電池的工作原理有了更深刻的理解，對電池的性能優(yōu)化提供了更明確的研究方向。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 二氧化鈦 電化學(xué)阻抗譜分析
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 主要符號對照表9-11
• 第1章 引言11-29
• 1.1 聚合物太陽能電池的發(fā)展歷史11-13
• 1.2 聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)和基本原理13-16
• 1.3 聚合物太陽能電池的性能優(yōu)化研究16-22
• 1.3.1 對聚合物太陽能電池的材料優(yōu)化研究16-18
• 1.3.2 對活性層形貌的研究18-21
• 1.3.3 對聚合物太陽能電池結(jié)構(gòu)的研究21-22
• 1.4 反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池用材料的研究22-23
• 1.5 TiO_2在聚合物太陽能電池中的應(yīng)用23-24
• 1.6 電化學(xué)阻抗譜分析在聚合物太陽能電池中的應(yīng)用24-25
• 1.7 聚合物太陽能電池的性能參數(shù)及測試方法25-26
• 1.7.1 聚合物太陽能電池的性能參數(shù)25-26
• 1.7.2 聚合物太陽能電池的性能測試方法26
• 1.8 旋涂成膜影響因素26-28
• 1.9 本論文主要工作及意義28-29
• 第2章 無機(jī)緩沖層材料的制備及研究29-46
• 2.1 引言29-30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分30-33
• 2.2.1 主要原料及試劑30
• 2.2.2 原料的處理方法30
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器30
• 2.2.4 無機(jī)緩沖層材料的制備30-32
• 2.2.5 樣品的表征與測試32-33
• 2.3 結(jié)果與討論33-44
• 2.3.1 TiO_2薄膜的制備33-38
• 2.3.2 TiO_2納米管陣列的制備38-41
• 2.3.3 TiO_2納米棒陣列的制備41-44
• 2.4 本章小結(jié)44-46
• 第3章 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池的制備及表征46-60
• 3.1 引言46-47
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分47-50
• 3.2.1 主要原料及試劑47
• 3.2.2 原料的處理方法47
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器47-48
• 3.2.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容48-49
• 3.2.5 樣品表征與測試49-50
• 3.3 結(jié)果與討論50-58
• 3.3.1 導(dǎo)電基板及旋涂 PEDOT:PSS 的作用50-51
• 3.3.2 活性層濃度及旋涂速率對吸光度和制作電池效率的影響51-53
• 3.3.3 熱蒸鍍金屬電極的厚度對電池參數(shù)的影響53
• 3.3.4 石墨烯氧化物作為空穴傳導(dǎo)層53-55
• 3.3.5 醋酸鋅保護(hù)層的作用55-57
• 3.3.6 高效率傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池57-58
• 3.4 本章小結(jié)58-60
• 第4章 反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池的制備及表征60-70
• 4.1 引言60-61
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分61-63
• 4.2.1 主要原料及試劑61
• 4.2.2 原料的處理方法61
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器61
• 4.2.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容61-63
• 4.2.5 樣品的表征與測試63
• 4.3 結(jié)果與討論63-68
• 4.3.1 TiO_2薄膜在反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池中的應(yīng)用63-65
• 4.3.2 TiO_2納米棒陣列在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池中的應(yīng)用65-66
• 4.3.3 TiO_2納米棒陣列在反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池中的應(yīng)用66
• 4.3.4 TiO_2薄膜/TiO_2納米棒陣列復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用66-68
• 4.4 本章小結(jié)68-70
• 第5章 聚合物太陽能電池的電化學(xué)阻抗譜分析70-82
• 5.1 引言70-71
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分71-73
• 5.2.1 主要原料及試劑71
• 5.2.2 原料的處理方法71
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器71
• 5.2.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容71-73
• 5.3 結(jié)果與討論73-80
• 5.3.1 電化學(xué)阻抗譜分析模型比較73-74
• 5.3.2 光照對電池電化學(xué)阻抗的影響74
• 5.3.3 不同活性層厚度電池的電化學(xué)阻抗譜分析74-75
• 5.3.4 石墨烯氧化物作為空穴傳導(dǎo)層的電化學(xué)阻抗譜分析75-76
• 5.3.5 醋酸鋅保護(hù)層作用的電化學(xué)阻抗譜分析76-77
• 5.3.6 TiO_2薄膜在反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池中應(yīng)用的電化學(xué)阻抗譜分析77-79
• 5.3.7 TiO_2納米棒陣列在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池中應(yīng)用的電化學(xué)阻抗譜分析79-80
• 5.4 本章小結(jié)80-82
• 第6章 結(jié)論82-84
• 參考文獻(xiàn)84-92
• 致謝92-94
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果94-95

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