二氧化鈦納米薄膜的制備與雜化太陽能電池的研究

【摘要】：隨著科技的發(fā)展和能源需求的提升，太陽能電池引起了廣泛的研究和關注并有了飛速的發(fā)展。有機/無機雜化太陽能電池因其綜合了有機和無機兩種半導體的優(yōu)越性從而顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＳ袡C/無機雜化材料兼具無機材半導體料的高載流子遷移率、高穩(wěn)定性、高機械強度以及有機半導體的結構多樣性、高光譜吸收率、易加工和柔韌性等優(yōu)點，因此雜化太陽能電池的研制具有重要的理論意義和潛在的應用價值。本課題主要從二氧化鈦納米材料的制備以及合成的二氧化鈦應用于太陽能電池器件的研制這兩方面展開工作。 首先采用了靜電紡絲技術制備二氧化鈦（TiO_2）納米纖維和溶膠-凝膠法制備TiO_2納米致密薄膜。掃描電鏡分析表明納米纖維的直徑和均勻性受紡絲液成分和濃度的影響很大，紡絲液配比為500mg聚乙烯吡咯烷酮與0.3ml鈦酸丁酯所制備的納米纖維形貌最好；致密溶膠-凝膠膜受催化劑酸堿性影響很大，酸性條件下制備的致密薄膜形貌更好。 其次通過X射線衍射、拉曼、紅外和X射線光電子能譜對TiO_2物相結構進行了分析。X射線衍射和拉曼光譜分析表明不同制備方法和熱處理保溫時間的改變對TiO_2晶型有很大影響，隨著保溫時間的增加，靜電紡絲法制備的TiO_2為銳鈦礦和金紅石的混晶結構，而溶膠-凝膠法制備的TiO_2仍為純銳鈦礦結構；光電子能譜和紅外光譜分析表明，靜電紡絲法制備的TiO_2中形成了晶格碳摻雜。 最后利用自行合成的多層平面TiO_2納米纖維與共軛聚合物共混，制備出有序異質結雜化太陽能電池器件。對所制備的電池器件進行電流密度-電壓特性測試，得出了活性層界面修飾、TiO_2熱處理保溫時間、有無TiO_2電紡纖維以及TiO_2溶膠-凝膠膜厚對器件性能具有一定影響。綜合組織結構分析和光電性能測試得到最優(yōu)器件結構為ITO玻璃/致密TiO_2（100nm）/多空隙TiO_2纖維（500℃熱處理3h）/Z907/P3HT/MoO3/Al，最終獲得0.42%的光電轉換效率。本課題結果為制備其它類型共軛聚合物的雜化太陽能電池提供了重要參考依據，有望得到更高的器件效率。 【關鍵詞】：太陽能電池 有機/無機雜化 二氧化鈦 靜電紡絲 溶膠凝膠
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 課題背景及研究意義9-10
• 1.2 雜化太陽能電池國內外研究發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.3 雜化太陽能電池光電轉換機理12-15
• 1.4 雜化太陽能電池材料和結構15-17
• 1.4.1 共軛聚合物給體材料15-16
• 1.4.2 無機納米晶受體材料16
• 1.4.3 雜化太陽能電池異質結結構16-17
• 1.5 雜化太陽能電池界面修飾17-18
• 1.5.1 電極修飾17-18
• 1.5.2 給體/受體界面修飾18
• 1.6 本論文選題思路及主要研究內容18-20
• 第2章 實驗材料和方法20-29
• 2.1 實驗試劑與設備20-21
• 2.2 實驗方法21-29
• 2.2.1 溶膠-凝膠法制備 TiO_2致密薄膜21-24
• 2.2.2 靜電紡絲法制備 TiO_2纖維24-25
• 2.2.3 材料的表征25-26
• 2.2.4 太陽能電池器件的制備26-27
• 2.2.5 膜厚測量27-28
• 2.2.6 太陽能電池器件的測試28-29
• 第3章 TiO_2的組織與結構分析29-48
• 3.1 掃描電鏡及能譜分析29-36
• 3.1.1 TiO_2溶膠-凝膠膜的 SEM 分析29-31
• 3.1.2 TiO_2納米纖維的 SEM 分析31-35
• 3.1.3 TiO_2兩種制備方法的 EDS 分析35-36
• 3.2 X 射線粉末衍射分析36-40
• 3.2.1 溶膠-凝膠法制備 TiO_2的 XRD 分析36-38
• 3.2.2 靜電紡絲法制備 TiO_2的 XRD 分析38-40
• 3.3 拉曼光譜分析40-42
• 3.3.1 溶膠-凝膠法制備 TiO_2的 Raman 分析40-41
• 3.3.2 TiO_2兩種制備方法的 Raman 對比41-42
• 3.4 X 射線光電子能譜分析42-46
• 3.4.1 靜電紡絲法制備 TiO_2的 XPS 分析42-44
• 3.4.2 C 摻雜機理分析44-46
• 3.5 紅外光譜分析46-47
• 3.6 本章小結47-48
• 第4章 TiO_2/聚合物雜化太陽能電池的光電性能48-63
• 4.1 活性層界面修飾對器件性能的影響48-52
• 4.1.1 活性層界面無修飾的器件性能分析48-49
• 4.1.2 加入活性層界面修飾的器件性能分析49-52
• 4.2 TiO_2熱處理保溫時間對器件性能的影響52-56
• 4.3 TiO_2電紡纖維對器件性能的影響56-59
• 4.4 TiO_2溶膠-凝膠膜厚對器件性能的影響59-61
• 4.5 本章小結61-63
• 結論63-64
• 參考文獻64-70
• 致謝70

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