四腳狀納米ZnO太陽能電池研究

【摘要】：當(dāng)今社會,科技迅猛發(fā)展,隨之也給人類帶來大量的不利因素,不可再生資源(化石)燃料的逐漸枯竭,生態(tài)環(huán)境的破壞,開發(fā)和利用清潔的可再生能源來解決能源短缺問題迫在眉睫。太陽能是最為豐富的自然資源之一,是解決能源危機的首選能源。染料敏化太陽能電池和無機/有機聚合物異質(zhì)結(jié)太陽能電池作為新型太陽能電池,因其制備方法簡單、價格低廉等優(yōu)點,越來越受到人們的廣泛關(guān)注,大力開展染料敏化太陽能電池和無機/有機聚合物太陽能電池的研究對解決當(dāng)前能源危機和環(huán)境問題具有重大意義。 本論文采用化學(xué)氣相傳輸沉積法制備具有特殊性能的三維空間結(jié)構(gòu)四腳狀納米ZnO,以此作為無機納米電子傳輸材料,以釕配合物N719染料為光敏化劑,與自制的鉑(Pt)對電極組裝成染料敏化太陽能電池；其次,將制備出的形貌規(guī)則、分布均勻的最小尺寸四腳狀納米ZnO與共軛聚合物MEH-PPV組裝成無機/聚合物異質(zhì)結(jié)太陽能電池,主要研究工作及結(jié)論為： 一、采用化學(xué)氣相傳輸法通過改變制備工藝參數(shù),制備出了形貌、尺寸可控的四腳狀納米ZnO。用X射線粉末衍射儀(XRD)以及掃描電子顯微鏡(SEM)等儀器對所得的四腳狀納米ZnO的結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征,得出制備四腳狀納米ZnO的最佳制備工藝參數(shù),研究發(fā)現(xiàn),鋅蒸汽壓、收集區(qū)域溫度、氧氣濃度、氧氣通入?yún)^(qū)域溫度、氮氣流量等對四腳狀納米ZnO的形成和尺寸、形貌起重要作用,還研究了四腳狀納米ZnO的成核和生長機理。 二、研究發(fā)現(xiàn)小尺寸、形狀規(guī)則、均勻分布的四腳狀納米ZnO基釕配合物N719染料敏化太陽能電池其光電轉(zhuǎn)換效率明顯優(yōu)于大尺寸、形狀不規(guī)則,分布不均勻的四腳狀納米ZnO基染料敏化太陽能電池,研究得到最小尺寸的四腳狀納米ZnO基染料敏化太陽電池的短路電流為9.5mA·cm-2,開路電壓0.65V,填充因子0.52,光電轉(zhuǎn)化效率3.21%。 三、制備器件結(jié)構(gòu)為：FTO/PEDOT:PSS/四腳狀納米ZnO:MEH-PPV/Al的傳統(tǒng)無機/聚合物太陽電池,當(dāng)四腳狀納米ZnO與聚合物MEH-PPV的共混比例為7：3時組成活性層,器件的光電性能最佳,短路電流達到60.35μA·cm-2,開路電壓0.37V,填充因子0.29,轉(zhuǎn)化效率0.00645%。其他條件一定,結(jié)構(gòu)為：ITO/四腳狀納米ZnO:MEH-PPV/PEDOT:PSS/Au反轉(zhuǎn)型電池的光電性能優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的太陽電池。對于反轉(zhuǎn)型器件,考察熱處理溫度對器件性能的影響,研究結(jié)果顯示：熱處理溫度為130℃時,器件的光電流密度為52.19μA·cm-2,開路電壓達到0.58V,填充因子0.24,光電轉(zhuǎn)化率為0.00737%。另外,研究結(jié)果顯示：器件熱處理溫度為130℃,熱處理時間為15min時,器件的光電流密度和光電轉(zhuǎn)化率最好。 【關(guān)鍵詞】：四腳狀納米ZnO 染料敏化 異質(zhì)結(jié) 共軛聚合物 太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-31
• 1.1 引言12-14
• 1.2 太陽能電池概述14-16
• 1.2.1 太陽能電池基本原理14
• 1.2.2 太陽能電池的輸出特性(等效電路圖)14-15
• 1.2.3 太陽能電池的分類15-16
• 1.3 新型太陽能電池研究現(xiàn)狀16-26
• 1.3.1 染料敏化TiO_2納米晶薄膜太陽電池16
• 1.3.2 染料敏化太陽能電池工作原理16-18
• 1.3.3 基本概念及染料敏化納米晶太陽能電池性能評價參數(shù)18-20
• 1.3.4 染料敏化電池研究進展20-22
• 1.3.5 DSSCs中的半導(dǎo)體納米晶多孔膜的改性研究22-24
• 1.3.6 有機聚合物異質(zhì)結(jié)太陽能電池24
• 1.3.7 無機納米晶-聚合物異質(zhì)結(jié)太陽電池24-25
• 1.3.8 無機納米晶-聚合物異質(zhì)結(jié)太陽電池研究進展25-26
• 1.4 ZnO的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)26-27
• 1.5 ZnO納米晶多孔薄膜的制備27-29
• 1.6 論文的選題思想及主要內(nèi)容29-30
• 1.7 課題來源30-31
• 第二章 四腳狀納米ZnO的制備和表征31-45
• 2.1 前言31
• 2.2 實驗試劑與設(shè)備31-33
• 2.2.1 實驗試劑31-32
• 2.2.2 實驗設(shè)備32-33
• 2.3 化學(xué)氣相法制備四腳狀納米ZnO33-34
• 2.3.1 實驗方法33-34
• 2.3.2 樣品表征與分析34
• 2.4 實驗結(jié)果與討論34-40
• 2.4.1 不同收集區(qū)域溫度對四腳狀納米ZnO的影響34-35
• 2.4.2 不同蒸發(fā)溫度的影響35-36
• 2.4.3 不同蒸汽壓的影響36-37
• 2.4.4 氧氣濃度的影響37
• 2.4.5 氧氣通入?yún)^(qū)域溫度的影響37-38
• 2.4.6 氮氣流量的影響38-39
• 2.4.7 是否有水對產(chǎn)物形貌的影響39-40
• 2.5 四腳狀納米ZnO的輔助表征40-42
• 2.5.1 四腳狀納米ZnO的EDS譜40-41
• 2.5.2 四腳狀納米ZnO不同尺寸XRD表征41
• 2.5.3 四腳狀納米ZnO不同尺寸大小的PL譜41-42
• 2.6 ZnO納米四腳狀形成機理探討42-43
• 2.7 本章小結(jié)43-45
• 第三章 四腳狀納米ZnO基染料敏化太陽能電池性能研究45-57
• 3.1 引言45
• 3.2 實驗部分45-47
• 3.2.1 FTO導(dǎo)電玻璃的清洗45
• 3.2.2 光陽極的制備45-46
• 3.2.3 N719染料配制46
• 3.2.4 電解質(zhì)溶液的配置46
• 3.2.5 熱分解法制備Pt/FTO對電極46-47
• 3.2.6 染料敏化太陽能電池的組裝47
• 3.2.7 染料敏化電池性能測試47
• 3.3 實驗結(jié)果與討論47-55
• 3.3.1 四腳狀納米ZnO樣品制備光陽極和吸附染料后紫外吸收對比47-48
• 3.3.2 不同收集區(qū)域溫度制備的樣品光陽極光電性能研究48-50
• 3.3.3 不同蒸發(fā)源溫度樣品制備光陽極光電性能研究50
• 3.3.4 不同蒸汽壓樣品制備光陽極光電性能研究50-51
• 3.3.5 不同氧氣濃度樣品制備光陽極光電性能研究51-52
• 3.3.6 氧氣通入不同溫度區(qū)域樣品制備光陽極光電性能研究52-53
• 3.3.7 不同氮氣流速制備樣品光陽極光電性能研究53-54
• 3.3.8 是否通入水蒸氣制備樣品光陽極光電性能研究54-55
• 3.4 本章小結(jié)55-57
• 第四章 四腳狀納米ZnO/MEH-PPV光伏器件的研究57-69
• 4.1 引言57-58
• 4.2 納米ZnO/MEH-PPV結(jié)構(gòu)太陽能電池器件的制備58-61
• 4.2.1 FTO導(dǎo)電玻璃的清洗59
• 4.2.2 ZnO納米四腳狀的制備59
• 4.2.3 空穴傳輸層PEDOT：PSS薄膜的制備,烘干59-60
• 4.2.4 四腳狀納米ZnO與聚合物MEH-PPV共混溶液的配置60
• 4.2.5 有源層薄膜的制備,干燥熱處理60
• 4.2.6 金屬電極的制備,器件的熱處理60
• 4.2.7 導(dǎo)線的焊接60-61
• 4.2.8 器件的測試61
• 4.3 結(jié)果與討論61-67
• 4.3.1 共混比例對電池光電性能的影響61-63
• 4.3.2 退火溫度對器件光伏性能的影響63-64
• 4.3.3 退火時間對器件光伏性能的影響64-65
• 4.3.4 不同結(jié)構(gòu)的光伏器件的光電性能研究及可能機理探討65-67
• 4.4 本章小結(jié)67-69
• 第五章 總結(jié)與展望69-73
• 5.1 總結(jié)69-71
• 5.2 目前存在的問題71
• 5.3 展望71-73
• 參考文獻73-80
• 致謝80-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄81

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