氧化鋅納米顆粒在有機(jī)太陽能電池中應(yīng)用的研究

【摘要】：有機(jī)太陽能電池以其成本低、無毒、容易制備、易于實(shí)現(xiàn)柔性器件等特點(diǎn)備受人們關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn),利用無機(jī)氧化物材料作為電子傳輸層以及陰極修飾層,能夠提高器件的穩(wěn)定性。其中ZnO納米材料具有高載流子遷移率,與活性層材料存在較好的能級匹配,制備成本低,制備方法簡單等優(yōu)點(diǎn)而成為近年來的研究熱點(diǎn)。 但是,ZnO納米材料比表面積大,表面缺陷密度高。而缺陷可能會(huì)影響載流子的傳輸及復(fù)合等,從而對有機(jī)太陽能電池器件的光電轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生不利影響。本文重點(diǎn)研究了ZnO納米材料的缺陷對太陽能電池(ITO/ZnO/P3HT:PCBM/MoO3/Ag)性能的影響,內(nèi)容如下： 第一：通過對ZnO納米顆粒薄膜不同溫度(80℃,120℃,150℃,200℃)的熱處理,研究ZnO表面態(tài)羥基對電池性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著熱處理溫度升高,ZnO表面OH-解離增加。解離后的ZnO表面光催化能力減弱,從而降低了對活性層的降解,提高了器件的光電轉(zhuǎn)化效率及壽命。而過高的退火溫度(200℃)會(huì)導(dǎo)致ZnO納米顆粒薄膜與ITO玻璃的接觸勢壘變大,阻礙了電子的收集,降低了光伏器件的光電性能。 第二：通過控制合成ZnO的溫度(0℃,30℃,60℃)來控制ZnO納米材料的尺寸,研究了尺寸變化對表面缺陷密度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著反應(yīng)溫度升高,ZnO納米顆粒粒徑變大,顆粒的缺陷密度在不斷下降。因此,反應(yīng)溫度越高,ZnO納米顆粒表面的缺陷數(shù)量越少,捕獲電子的陷阱數(shù)量越低,從而有利于電子有效的導(dǎo)出,器件的光電轉(zhuǎn)化效率大大提高。 第三：改變反應(yīng)物中醋酸鋅((CH3COO)2Zn·2H2O)和氫氧化鋰(LiOH)的濃度比例(1：1,1：2,1：3.5),控制ZnO納米顆粒的缺陷類型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)堿濃度較高時(shí)([Zn2+/Li-]濃度比例為1：3.5),ZnO納米顆粒中主要為氧填隙(Oi)淺能級受主缺陷,堿濃度較低時(shí),主要為氧空位(Vo)深能級施主缺陷。通過實(shí)驗(yàn)證明淺能級受主缺陷,能夠直接捕獲電子；而深能級施主缺陷只有電離后才會(huì)捕獲由活性層產(chǎn)生的電子,且深能級雜質(zhì)的電離能非常大,所以捕獲電子的能力較弱。因此,在[Zn2+/Li-]濃度比例為1：2時(shí)得到的光電轉(zhuǎn)化效率最高,為1.94%。 【關(guān)鍵詞】：ZnO納米顆粒 缺陷 倒置太陽能電池 光電轉(zhuǎn)化效率
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 有機(jī)太陽能電池基本理論10-12
• 1.2.1 有機(jī)太陽能電池工作機(jī)理10
• 1.2.2 有機(jī)太陽能電池中的重要參數(shù)10-11
• 1.2.3 倒置結(jié)構(gòu)的太陽能電池11-12
• 1.3 ZnO納米材料的缺陷12-16
• 1.3.1 ZnO缺陷的機(jī)理12-14
• 1.3.2 ZnO納米材料的氧缺陷14-15
• 1.3.3 ZnO中其他缺陷15-16
• 1.4 ZnO在有機(jī)太陽能電池中的運(yùn)用16-22
• 1.4.1 ZnO/有機(jī)混合物太陽能電池16-18
• 1.4.2 ZnO作為緩沖層在太陽能電池中的應(yīng)用18-21
• 1.4.3 用ZnO作電極21-22
• 1.5 本論文研究的意義22-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)藥品與實(shí)驗(yàn)設(shè)備23-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備23-24
• 2.3 表征方法24-26
• 第三章 ZnO表面羥基對電池性能的影響26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 實(shí)驗(yàn)過程26-28
• 3.2.1 ITO正電極的制備27
• 3.2.2 ZnO納米材料的制備27
• 3.2.3 活性層的的制備27-28
• 3.2.4 MoO_3陽極緩沖層和Ag電極的蒸鍍28
• 3.3 熱處理溫度對器件的影響28-35
• 3.3.1 熱處理溫度的選擇28-29
• 3.3.2 ZnO薄膜表面性能分析29-32
• 3.3.3 ZnO光催化性能對電池活性層的影響32-34
• 3.3.4 不同退火溫度下ZnO納米材料在電池中的應(yīng)用34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 第四章 ZnO納米顆粒尺寸對電池性能的影響37-45
• 4.1 引言37
• 4.2 實(shí)驗(yàn)過程37
• 4.3 不同溫度下的ZnO在電池中的應(yīng)用37-44
• 4.3.1 不同溫度下的ZnO對電池性能影響37-39
• 4.3.2 不同溫度下ZnO薄膜的性能39-40
• 4.3.3 ZnO納米顆粒的形貌及光學(xué)特性40-43
• 4.3.4 器件中電子轉(zhuǎn)移機(jī)制43-44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 第五章 ZnO缺陷類型對電池性能的影響45-53
• 5.1 引言45
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分45
• 5.3 反應(yīng)物比例對倒置結(jié)構(gòu)太陽能電池的影響45-52
• 5.3.1 研究不同反應(yīng)物比例的意義45-46
• 5.3.2 ZnO納米顆粒的結(jié)構(gòu)特性46
• 5.3.3 ZnO納米顆粒薄膜特性46-47
• 5.3.4 ZnO納米顆粒的光學(xué)特性47-50
• 5.3.5 [Zn~(2+)/Li~-]不同比例下的ZnO在電池中的應(yīng)用50-52
• 5.4 小結(jié)52-53
• 第六章 全文總結(jié)及工作展望53-55
• 6.1 全文總結(jié)53
• 6.2 展望53-55
• 參考文獻(xiàn)55-60
• 發(fā)表論文和科研情況說明60-61
• 致謝61

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