Cr-TiO_2/P3HT異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的制備及其光伏特性研究

【摘要】：無(wú)機(jī)半導(dǎo)體-有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池是一類以無(wú)機(jī)半導(dǎo)體和有機(jī)共軛聚合物復(fù)合體系作為光活性層的太陽(yáng)能光伏器件。且因其具有材料來(lái)源廣泛、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、制備工藝簡(jiǎn)單、可大面積成膜和柔性加工等優(yōu)點(diǎn)而成為近年來(lái)人們非常關(guān)注的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。二氧化鈦(TiO_2)，作為該類電池最常采用的寬帶隙無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料，如何拓寬其可見光譜響應(yīng)范圍與響應(yīng)能力，進(jìn)而提高光伏器件的光吸收效率是該領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。本學(xué)位論文以此為切入點(diǎn)，以TiO_2/P3HT異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池為研究對(duì)象，在簡(jiǎn)要綜述了改性TiO_2最新研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)了筆者在攻讀碩士學(xué)位期間，選擇采用金屬陽(yáng)離子(Cr~(3+))為摻雜劑，嘗試通過優(yōu)化Cr~(3+)摻雜濃度與光活性層結(jié)構(gòu)參數(shù)等措施來(lái)提高聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的系列研究工作。論文所述及的研究?jī)?nèi)容和主要研究結(jié)果包括以下兩個(gè)方面： 1.采用溶膠-凝膠法，成功制備出了Cr~(3+)摻雜TiO_2(Cr-TiO_2)納米薄膜。利用SEM、XRD、XPS、紫外-可見分光光度計(jì)等表征手段，深入研究了樣品的形貌結(jié)構(gòu)、物相、組成以及光學(xué)特性。研究發(fā)現(xiàn)Cr~(3+)摻雜量對(duì)薄膜的晶相結(jié)構(gòu)及光吸收特性均有較大影響；基于系列不同摻雜量的Cr-TiO_2納米薄膜，組裝并研究了FTO/Cr-TiO_2/P3HT/Cu異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換特性。結(jié)果表明，Cr~(3+)摻雜不僅有利于增加電池的短路電流密度和填充因子，而且能夠通過摻雜量對(duì)電池的開路電壓進(jìn)行大范圍調(diào)控(0.42至0.99V)，使電池效率(0.65%)較未摻雜時(shí)(0.07%)提高近9倍。這歸因于Cr~(3+)摻雜不僅能夠擴(kuò)展TiO_2的光吸收范圍，而且能夠提升TiO_2的費(fèi)米能級(jí)。 2.采用溶膠-凝膠法，利用聚乙二醇2000(PEG2000)，成功制備了多孔結(jié)構(gòu)的Cr-TiO_2納米薄膜，并實(shí)現(xiàn)了PEG2000含量對(duì)Cr-TiO_2薄膜多孔結(jié)構(gòu)及其光透射特性的有效調(diào)制；對(duì)基于該多孔Cr-TiO_2納米薄膜組裝的FTO/Cr-TiO_2/P3HT/Cu異質(zhì)結(jié)光伏特性的研究結(jié)果表明，隨PEG2000含量的增加，Cr-TiO_2薄膜微孔孔徑及分布密度的增大，該結(jié)構(gòu)使得FTO/Cr-TiO_2/P3HT/Cu異質(zhì)結(jié)光伏器件的短路電流密度從2.03提高到了3.09mA cm-2，其光電轉(zhuǎn)換效率也從0.68%增加到了0.86%。 【關(guān)鍵詞】：聚合物異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池 Cr~(3+)摻雜 TiO_2納米薄膜 光伏特性
【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 序言11-33
• 1.1 聚合物太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介11-22
• 1.1.1 聚合物太陽(yáng)能電池的基本工作原理12-15
• 1.1.2 聚合物太陽(yáng)能電池的等效電路及主要性能參數(shù)15-19
• 1.1.3 聚合物太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)演化19-21
• 1.1.4 聚合物太陽(yáng)能電池的分類21-22
• 1.2 TiO_2有機(jī)-無(wú)機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展22-25
• 1.3 本論文的選題背景及研究意義25-26
• 參考文獻(xiàn)26-33
• 第二章 Cr 摻雜量對(duì) TiO_2/P3HT 異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池光伏特性影響的研究33-45
• 2.1 Cr-TiO_2納米薄膜的制備及表征34-37
• 2.1.1 Cr-TiO_2溶膠的制備34
• 2.1.2 Cr-TiO_2納米薄膜的制備34
• 2.1.3 Cr-TiO_2納米薄膜的表征34-35
• 2.1.4 Cr-TiO_2納米薄膜的物相研究35-36
• 2.1.5 Cr-TiO_2納米薄膜的 X 射線電子能譜分析36-37
• 2.2 Cu/Cr-TiO_2/P3HT/FTO/Glass 異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的光伏特性研究37-42
• 2.2.1 Cu/Cr-TiO_2/P3HT/FTO/Glass 異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的組裝37
• 2.2.2 樣品的表征與光伏性能測(cè)試37-38
• 2.2.3 不同 Cr 含量摻雜的 TiO_2/P3HT 異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的光伏特性38-42
• 2.3 本章小結(jié)42-44
• 參考文獻(xiàn)44-45
• 第三章 多孔 Cr-TiO_2/P3HT 異質(zhì)結(jié)薄膜的制備及光伏特性研究45-52
• 3.1 多孔 Cr-TiO_2納米薄膜的制備及表征45-47
• 3.1.1 多孔 Cr-TiO_2納米薄膜的制備45-46
• 3.1.2 多孔 Cr-TiO_2納米薄膜的表征46
• 3.1.3 多孔 Cr-TiO_2納米薄膜的表面形貌46-47
• 3.1.4 多孔 Cr-TiO_2納米薄膜的紫外-可見光譜分析47
• 3.2 多孔 Cr-TiO_2的 Cu/Cr-TiO_2/P3HT/FTO/Glass 光伏特性研究47-50
• 3.2.1 多孔 Cu/Cr-TiO_2/P3HT/FTO/Glass 異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的組裝47-48
• 3.2.2 樣品的光伏性能測(cè)試48
• 3.2.3 多孔 Cr-TiO_2/P3HT 異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的光伏特性48-50
• 3.3 本章小結(jié)50-51
• 參考文獻(xiàn)51-52
• 第四章 總結(jié)與展望52-54
• 附錄 攻讀碩士期間發(fā)表和提交的論文54-55
• 致謝55

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