P3HT/TiO_2納米陣列的界面修飾與光伏特性研究

【摘要】：有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池(HSCs)有效地結(jié)合了有機(jī)材料的成膜性好、易加工、易制備大面積或柔性光伏器件以及無(wú)機(jī)材料的電子遷移率高、穩(wěn)定性好、可構(gòu)筑有序納米結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn),對(duì)發(fā)展新型太陽(yáng)能電池具有的重要理論意義和良好的潛在應(yīng)用價(jià)值。本文采用水熱法和陽(yáng)極氧化法在FTO導(dǎo)電玻璃上制備了一維TiO2納米陣列,研究了工藝參數(shù)對(duì)納米陣列形貌的影響,并將其作為電極材料應(yīng)用于有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池中,對(duì)電池的光電性能以及界面修飾技術(shù)等進(jìn)行了研究。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果及內(nèi)容如下： 1.TiO2納米棒和納米管陣列的制備和形貌調(diào)控。以鈦酸四丁酯、濃鹽酸和水的混合溶液為前軀體,采用水熱法在FTO導(dǎo)電玻璃上直接生長(zhǎng)出金紅石相TiO2納米棒陣列,研究了前驅(qū)液中鈦酸四丁酯的濃度、水熱反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和種子層等因素對(duì)所制備的Ti02納米棒陣列形貌的影響規(guī)律：采用陽(yáng)極氧化法在FTO上制備銳鈦礦相TiO2納米管陣列,研究了電解液中F-的濃度、氧化電壓、氧化時(shí)間以及退火溫度等因素對(duì)TiO2納米管陣列形貌和晶型的影響。 2. P3HT/TiO2納米棒陣列的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池的制備與界面修飾。利用TiO2納米棒陣列作為電子受體,組裝了基于P3HT/TiO2納米棒陣列的雜化太陽(yáng)能電池。分別采用量子點(diǎn)、有機(jī)物或其復(fù)合材料作為界面修飾劑,研究了界面修飾對(duì)雜化電池性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)吡啶、N719和10次沉積CdSe量子點(diǎn)修飾后的電池效率分別達(dá)到0.45%、0.94%、0.59%。研究表明界面修飾既可以可提高激子在P3HT與TiO2界面處的分離效率,也可以提高界面復(fù)合電阻,減少電子復(fù)合幾率。另外,我們發(fā)現(xiàn)單純的量子點(diǎn)修飾或有機(jī)物修飾均比兩者復(fù)合修飾的效果要好。 3. P3HT/TiO2納米管陣列的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池的界面修飾與復(fù)合體修飾。研究了CdS和CdSe量子點(diǎn)界面修飾后P3HT/TiO2納米管雜化電池的性能,其中均在10次沉積時(shí)的電池性能改善最好,效率分別為0.42%和0.46%。此外,還研究了石墨烯、碳納米管與P3HT的復(fù)合體對(duì)雜化電池性能的影響。我們發(fā)現(xiàn),石墨烯和碳納米管的添加能明顯減小P3HT的電阻率,從而減小電池總的串聯(lián)電阻,提升填充因子；同時(shí),石墨烯和碳納米管在P3HT中還能起到快速傳輸通道作用,對(duì)電荷傳輸效率有明顯改善。 【關(guān)鍵詞】：TiO_2納米陣列 形貌調(diào)控 界面修飾 雜化太陽(yáng)能電池
【學(xué)位授予單位】：湖北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-27
• 1.1 TiO_2納米材料的制備及應(yīng)用11-16
• 1.1.1 TiO_2的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)11-12
• 1.1.2 TiO_2納米材料的制備12-14
• 1.1.3 TiO_2納米材料的應(yīng)用14-16
• 1.2 有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池16-22
• 1.2.1 有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池的研究背景16-17
• 1.2.2 有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)和原理17-20
• 1.2.3 太陽(yáng)能電池的性能指標(biāo)20-22
• 1.3 本文選題思想及主要研究?jī)?nèi)容22-24
• 1.3.1 本文的選題思想22-23
• 1.3.2 本文的主要研究?jī)?nèi)容23-24
• 1.4 主要實(shí)驗(yàn)原料、實(shí)驗(yàn)儀器及測(cè)試表征24-27
• 第2章 一維TiO_2納米陣列的制備及形貌調(diào)控27-47
• 2.1 水熱法制備TiO_2納米棒27-31
• 2.1.1 水熱法及其機(jī)理27-28
• 2.1.2 TiO_2納米棒的制備及表征28-30
• 2.1.3 TiO_2納米棒的生長(zhǎng)機(jī)理及取向分析30-31
• 2.2 工藝參數(shù)對(duì)TiO_2納米棒陣列形貌的影響31-38
• 2.2.1 Ti~(4+)濃度32-33
• 2.2.2 反應(yīng)溫度33-34
• 2.2.3 反應(yīng)時(shí)間34-36
• 2.2.4 種子層36-38
• 2.3 陽(yáng)極氧化法制備TiO_2納米管38-42
• 2.3.1 陽(yáng)極氧化法及其機(jī)理38-40
• 2.3.2 TiO_2納米管的制備及表征40-42
• 2.4 工藝參數(shù)對(duì)TiO_2納米管陣列形貌的影響42-46
• 2.4.1 氧化電壓42
• 2.4.2 F~-濃度42-43
• 2.4.3 氧化時(shí)間43-44
• 2.4.4 退火溫度44-46
• 本章小結(jié)46-47
• 第3章 P3HT/TiO_2納米棒陣列的界面修飾與光伏特性47-59
• 3.1 P3HT/TiO_2納米棒陣列太陽(yáng)能電池的組裝與測(cè)試47-49
• 3.2 量子點(diǎn)界面修飾的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池49-52
• 3.2.1 CdSe量子點(diǎn)的制備及表征49-51
• 3.2.2 CdSe界面修飾P3HT/TiO_2納米棒陣列太陽(yáng)能電池的光電性能51-52
• 3.3 量子點(diǎn)界面修飾的增效機(jī)制研究52-55
• 3.3.1 吸收譜與IPCE表征52
• 3.3.2 光致發(fā)光與熒光壽命譜52-53
• 3.3.3 電化學(xué)阻抗譜53-54
• 3.3.4 開(kāi)路電壓衰減曲線54-55
• 3.4 有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合界面修飾研究55-57
• 3.4.1 有機(jī)物界面修飾55-56
• 3.4.2 有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合界面修飾56-57
• 本章小結(jié)57-59
• 第4章 P3HT/TiO_2納米管陣列的界面修飾與光伏特性59-73
• 4.1 P3HT/TiO_2納米管陣列太陽(yáng)能電池的組裝與測(cè)試59-60
• 4.2 P3HT/TiO_2納米管陣列太陽(yáng)能電池的界面修飾與光伏特性60-66
• 4.2.1 CdS、CdSe量子點(diǎn)的制備及表征60-62
• 4.2.2 界面修飾P3HT/TiO_2納米管陣列太陽(yáng)能電池的光電性能62-63
• 4.2.3 界面修飾增效機(jī)制研究63-66
• 4.3 P3HT/TiO_2納米管的復(fù)合體修飾技術(shù)66-72
• 4.3.1 石墨烯、碳納米管與P3HT復(fù)合體制備與表征66-68
• 4.3.2 復(fù)合體修飾有機(jī)無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池的光電性能68-69
• 4.3.3 復(fù)合體修飾的機(jī)理研究69-72
• 本章小結(jié)72-73
• 第5章 全文總結(jié)與展望73-75
• 5.1 全文總結(jié)73
• 5.2 展望73-75
• 參考文獻(xiàn)75-82
• 附錄82-83
• 致謝83

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