聚乙二醇表面修飾氧化鋅量子點(diǎn)的制備及其光伏應(yīng)用

【摘要】：有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池是一種新型太陽能電池，將有機(jī)共軛材料的空穴傳輸能力與無機(jī)材料的電子傳輸能力結(jié)合在一起，材料來源廣泛，且基本可以實(shí)現(xiàn)液態(tài)加工，具有很大的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。但是有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池的影響因素較多，如材料的選擇、器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝路線的優(yōu)化等，亟需更深入的研究以提高電池的效率。一般無機(jī)半導(dǎo)體材料激子束縛能較低，不能使載流子形成有效的傳輸。氧化鋅（ZnO）具有電子親和勢(shì)高、激子束縛能大、電子遷移率高等優(yōu)點(diǎn)，可以使載流子擴(kuò)散更遠(yuǎn)的距離，非常具有研究與應(yīng)用價(jià)值。另外，ZnO形貌易控、制備工藝簡(jiǎn)單、來源廣泛，因此本文選用ZnO量子點(diǎn)作為雜化太陽能電池的受體材料，以得到光電性能更好的有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池。 本文采用溶膠-凝膠法制備ZnO量子點(diǎn)，通過對(duì)其工藝參數(shù)的優(yōu)化，并添加聚乙二醇（PEG-2000）對(duì)其進(jìn)行表面修飾。通過一系列的測(cè)試方法（掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線衍射儀、紫外-可見光譜、紅外光譜等測(cè)試分析）對(duì)所得ZnO量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)成分、形貌及光學(xué)性能分析得出，當(dāng)Zn(Ac)2·2H2O與KOH的摩爾比例為1:1.7，Zn(Ac)2·2H2O的濃度為0.1mol·L-1時(shí)所得到的ZnO量子點(diǎn)純凈、尺寸較?。?.5nm），且尺寸穩(wěn)定性較好。但不添加表面修飾劑下合成的ZnO量子點(diǎn)表面具有許多缺陷，具有很高的表面活性能而易于發(fā)生團(tuán)聚，PEG表面修飾后的ZnO量子點(diǎn)表面缺陷態(tài)發(fā)射隨PEG-2000添加量的增加而降低，當(dāng)添加0.2g PEG表面修飾劑時(shí)，可得到尺寸更?。?.5nm）、尺寸穩(wěn)定性更好、分散更均勻的PEG表面修飾ZnO量子點(diǎn)。 通過對(duì)ZnO/P3HT體系雜化太陽能電池器件的性能研究表明，活性層表面形貌受ZnO所占比例及活性層界面性能影響，通過調(diào)節(jié)ZnO的含量并對(duì)其進(jìn)行表面修飾有效改善了其表面形貌，提高其并聯(lián)電阻以減緩器件的漏電情況。通過優(yōu)化ZnO添加量可以使器件的效率達(dá)到0.12%；再用PEG-2000對(duì)活性層界面進(jìn)行修飾可以有效地提高器件性能，當(dāng)PEG的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.6%時(shí)，相比于未添加PEG-2000短路電流、開路電壓及填充因子分別提升了8.3%、69.7%和27.8%，器件性能得到了明顯的改善，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到0.46%。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池 有機(jī)無機(jī)雜化 氧化鋅 表面修飾 溶膠-凝膠法
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)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4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 課題研究背景及意義9-11
• 1.2 有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池簡(jiǎn)介11-14
• 1.2.1 有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池結(jié)構(gòu)及原理11-12
• 1.2.2 有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池的重要特性12-14
• 1.3 ZnO 量子點(diǎn)的性質(zhì)及應(yīng)用14-15
• 1.3.1 ZnO 量子點(diǎn)的性質(zhì)14-15
• 1.3.2 ZnO 量子點(diǎn)的表面修飾及應(yīng)用15
• 1.4 ZnO 量子點(diǎn)及其在雜化太陽能電池上的應(yīng)用15-19
• 1.4.1 ZnO 量子點(diǎn)的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4.2 ZnO/P3HT 雜化太陽能電池的研究現(xiàn)狀16-19
• 1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容19-20
• 第2章 材料及器件的制備和表征20-29
• 2.1 引言20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器20-21
• 2.3 ZnO 量子點(diǎn)及 ZnO/P3HT 體系器件的制備21-25
• 2.3.1 ZnO 量子點(diǎn)的制備21-23
• 2.3.2 ZnO/P3HT 體系太陽能電池的制備23-25
• 2.4 ZnO 量子點(diǎn)及太陽能電池性能的表征方法25-28
• 2.4.1 ZnO 量子點(diǎn)的性能表征方法25-27
• 2.4.2 ZnO/P3HT 體系器件性能的表征方法27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 ZnO 量子點(diǎn)的制備工藝研究29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 反應(yīng)物比例對(duì) ZnO 量子點(diǎn)的影響29-31
• 3.2.1 反應(yīng)物比例對(duì) ZnO 量子點(diǎn)光學(xué)性能的影響29-31
• 3.2.2 反應(yīng)物比例對(duì) ZnO 量子點(diǎn)成分的影響31
• 3.3 反應(yīng)物濃度對(duì) ZnO 量子點(diǎn)的影響31-37
• 3.3.1 反應(yīng)物濃度對(duì) ZnO 量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的影響32-33
• 3.3.2 反應(yīng)物濃度對(duì) ZnO 量子點(diǎn)光學(xué)性能的影響33-35
• 3.3.3 反應(yīng)物濃度對(duì) ZnO 量子點(diǎn)形貌的影響35-37
• 3.4 表面修飾劑 PEG-2000 對(duì) ZnO 量子點(diǎn)的影響37-43
• 3.4.1 PEG 對(duì) ZnO 量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)及成分的影響37-39
• 3.4.2 PEG 對(duì) ZnO 量子點(diǎn)光學(xué)性能的影響39-41
• 3.4.3 PEG 對(duì) ZnO 量子點(diǎn)形貌的影響41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第4章 ZnO/P3HT 雜化太陽能電池的性能研究44-54
• 4.1 引言44
• 4.2 活性層的配比對(duì)器件性能的影響44-49
• 4.2.1 活性層的比例對(duì)其形貌的影響45-46
• 4.2.2 活性層的配比其光學(xué)性能的影響46-47
• 4.2.3 活性層的配比對(duì)器件光電性能的影響47-49
• 4.3 表面修飾對(duì)器件性能的影響49-53
• 4.3.1 表面修飾對(duì)活性層表面形貌的影響50-51
• 4.3.2 表面修飾對(duì)器件性能的影響51-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 結(jié)論54-55
• 參考文獻(xiàn)55-63
• 致謝63

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