ZnO基有机无机杂化太阳能电池制备及性能研究

【摘要】：随着全球经济的高速发展,能源紧缺与碳排放问题日益凸显,开发可再生能源也显得越发重要与急迫。有机/无机杂化太阳能电池作为一种有前景的电池,近年来受到了广泛的关注。和传统太阳能电池相比,杂化太阳能电池有很多优势,例如它材料价格廉价,可以在低温下通过旋转涂膜、丝网印刷、喷墨打印等方法制备,可大面积成膜,操作简单易行,被认为是取代无机太阳能电池的理想选择。ZnO基有机无机杂化太阳能电池因ZnO具有可低成本低温生长、电子迁移率高、环保无毒等优势而尤其受到关注。本文针对ZnO基有机无机杂化太阳能电池的研究热点,首先研究了生长条件对ZnO纳米结构尺寸和密度的影响,并重点研究了不同ZnO纳米结构尺寸、ZnO表面修饰处理、退火、氧等离子体处理、空气中陈化等对ZnO基有机无机杂化太阳能电池器件的效率影响,发现退火、氧等离子体处理、对ZnO进行PSBTBT表面修饰、对器件进行空气中陈化,对提高电池的效率均起到了一定的作用。具体研究工作如下：1. 采用水热方法,以涂有ZnO纳米晶籽晶层的ITO作为衬底,制备ZnO纳米棒,研究了不同浓度的反应液在不同时间下水热生长的ZnO的具体形貌、尺寸,密度。以此为基础制备了ITO/ZnO/P3HT/Ag有机无机结杂化太阳能电池,通过比较电池的效率,获得了最佳ZnO纳米棒的尺寸和密度；2. 制备了体异质结杂化电池,电池结构是ITO/ZnO/P3HT/Ag。通过对ZnO表面分别进行退火处理,等离子处理,发现ZnO在400℃下处理1h,器件效果最佳。3.制备了结构为ITO/ZnO/P3HT:PCBM/Ag的杂化电池,通过改变活性层的退火温度和时间,对ZnO表面进行PSBTBT修饰及在空气中陈化处理,发现不同处理条件下器件效率均有所提升。最佳的器件通过PSBTBT表面修饰和在空气中陈化处理效率达到2.02%,其中短路电流密度、开路电压、填充因子分别是13.23mA.cm-2、0.547V、28%。通过表面修饰的器件效率比未修饰的效率提高近7倍。4.以P3HT为电子施体,PCBM为电子受体制备了活性层厚度不同的结构为ITO/P3HT:PCBM/Al的有机太阳能电池,通过测得的Jsc-V特性曲线,发现活性层厚度对器件效率有一定的影响。为了优化有机电池结构,添加空穴缓冲层PEDOT:PSS,空穴阻挡层TiO2,发现空穴缓冲层的添加确实使器件效率提升了53.9%,而TiO2却没有达到预想的结果。 【关键词】：有机无机杂化 太阳能电池 表面修饰 能量转换效率
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 新型电池简介9-10
• 1.2 有机无机杂化太阳能电池的工作原理10-11
• 1.3 太阳能电池的结构11-12
• 1.3.1 双层异质结型11
• 1.3.2 无序本体异质结型11-12
• 1.3.3 有序本体异质结型12
• 1.4 有机无机杂化电池的性能表征12-17
• 1.4.1 能量转换效率13
• 1.4.2 短路电流密度13-15
• 1.4.3 填充因子15
• 1.4.4 开路电压15-17
• 第二章 ZnO纳米棒的制备与表征17-24
• 2.1 前言17-18
• 2.2 实验部分18-19
• 2.3 结果与讨论19-23
• 2.3.1 ZnO形貌与结构的研究19-22
• 2.3.2 ZnO的表面修饰22-23
• 2.4 结论23-24
• 第三章 ZnO基杂化电池的制备及表征24-38
• 3.1 前言24-25
• 3.2 ZnO/P3HT杂化电池的制备及性能表征25-29
• 3.2.1 ZnO/P3HT杂化电池的制备25-26
• 3.2.2 ZnO纳米棒的处理对器件性能的影响26-28
• 3.2.3 浸泡薄膜对器件性能的影响28-29
• 3.3 ZnO/P3HT：PCBM器件制备及性能表征29-36
• 3.3.1 ZnO/P3HT：PCBM器件制备29
• 3.3.2 活性层对器件性能的影响29-31
• 3.3.3 不同籽晶层对器件性能的影响31-32
• 3.3.4 PSBTBT层对器件性能的影响32-35
• 3.3.5 空气中放置时间对器件性能的影响35-36
• 3.4 结论36-38
• 第四章 P3HT/PCBM基有机太阳能电池制备38-44
• 4.1 前言38-39
• 4.2 实验过程39
• 4.3 实验结果及分析39-43
• 4.3.1 活性层厚度对器件性能的影响39-41
• 4.3.2 添加空穴缓冲层和阻挡层对性能影响41-43
• 4.4 结论43-44
• 第五章 总结与展望44-46
• 参考文献46-52
• 致谢52-53
• 攻读学位期间取得的研究成果53-56
• 浙江师范大学学位论文诚信承诺书56

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