水相加工法构筑聚合物/纳米晶体相异质结太阳能电池

【摘要】：随着人类的不断开采,煤、石油、天然气等化石能源的枯竭不可避免,而这些一次能源的消耗也将排出大量的二氧化碳等气体,加重温室效应,影响人类的生存环境。作为一种无限的清洁能源,太阳能是人类最佳选择之一。保守估计,太阳能将在22世纪世界范围内直接替代数十亿吨化石能源。太阳能电池是将太阳光转化为电能的一种半导体薄膜器件,制备太阳能电池是从太阳获得清洁能源的主要途径之一。太阳能电池已经发展了50余年,经历了晶硅,薄膜以及溶液法加工的廉价、高性能、柔性太阳能电池三个时代。作为第三代太阳能电池之一,水溶液加工法构筑的聚合物/纳米晶太阳能电池由于其独特的溶剂无毒的性质,备受人们关注,其逐年提升的效率更是为今后的商业生产拓宽了空间。本论文围绕水相加工法构筑聚合物/纳米晶体相异质结太阳能电池,主要开展了两个方面工作:(1)具有高近红外贡献的水相杂化太阳能电池的制备。我们将水溶性镉汞碲纳米晶与高迁移率的聚合物poly[(3,4-dibromo-2,5-thienylene-vinylene)-co-(p-phenylene-vinylene)](PBTPV)结合,制备了具有较高近红外贡献的杂化太阳能电池。首先通过紫外吸收表征,并选择能级匹配的材料,确保了电荷的分离;进一步的活性层热退火处理促进了纳米晶的生长以及聚合物前驱体四氢噻吩支链的脱除,促使互穿网络结构的形成以及载流子的传输,最终效率达到了2.7%,该效率在报道当时,为基于镉汞碲太阳能电池的最高效率,其中赫谢尔光谱范围的贡献高达15.04%,为水相太阳能电池中近红外贡献最高者。(2)绝缘聚合物掺杂的水相纳米晶太阳能电池的构筑。我们尝试向水溶性碲化镉纳米晶中引入绝缘聚合物聚乙烯醇,成功制备了效率为4.32%的光伏器件,而在相同条件下Cd Te器件的效率只有3.63%。我们通过一系列表征与验证,得出了绝缘聚合物在电池中的作用是填补了纳米晶之间的空隙,避免电极材料蒸镀之后产生的漏电流,增大了并联电阻,从而减少了复合和漏电。另外,通过研究绝缘聚合物在太阳能电池中的作用,也使我们对共轭聚合物的作用有了更加深入的认识。 【关键词】：太阳能电池 近红外 水溶液 聚合物 纳米晶
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 引言8-26
• 1.1 水相加工法构筑聚合物/纳米晶太阳能电池8-14
• 1.1.1 水相加工制备太阳能电池的发展历程8-12
• 1.1.2 给受体太阳能电池的性能表征12-13
• 1.1.3 给受体太阳能电池的工作原理13-14
• 1.2 给受体太阳能电池的结构简介14-19
• 1.2.1 平面异质结太阳能电池14-16
• 1.2.2 体相异质结太阳能电池16-17
• 1.2.3 有序异质结太阳能电池17-19
• 1.3 聚合物/纳米晶太阳能电池性能的影响因素和优化19-25
• 1.3.1 水溶性聚合物材料的设计和合成19-21
• 1.3.2 水溶性纳米晶的制备21-23
• 1.3.3 活性层形貌的调控23-25
• 1.4 本论文的设计思想与研究内容25-26
• 第二章 实验药品、仪器与测试方法26-28
• 2.1 实验药品26
• 2.2 实验仪器及测试设备26-27
• 2.3 材料的结构表征27
• 2.4 材料的光电性能测试27-28
• 2.4.1 ITO玻璃的处理27
• 2.4.2 光伏器件的制备27
• 2.4.3 太阳能电池光电转化效率测试27-28
• 第三章 具有高近红外贡献的共轭聚合物/纳米晶太阳能电池28-35
• 3.1 引言28-29
• 3.2 材料的制备29-30
• 3.3 结果与讨论30-34
• 3.3.1 PBTPV:Cd0.75Hg0.25Te活性层的光物理性质30
• 3.3.2 材料的能级与器件的结构30-31
• 3.3.3 互穿网络结构的形成31-33
• 3.3.4 器件的光电性能33-34
• 3.4 本章小节34-35
• 第四章 绝缘聚合物掺杂的纳米晶太阳能电池35-42
• 4.1 前言35
• 4.2 材料的制备35-36
• 4.3 结果与讨论36-41
• 4.3.1 器件的结构与I-V性能36-37
• 4.3.2 PVA的热退火性质37
• 4.3.3 迁移率测试以及平面异质结太阳能电池性能37-38
• 4.3.4 活性层光谱分析38
• 4.3.5 活性层形貌表征38-39
• 4.3.6 光电性质39-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 结论42-43
• 参考文献43-51
• 致谢51-52
• 在学期间公开发表论文及著作情况52

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