FeS2纳米晶聚合物复合太阳能电池的制备及稳定性研究

【摘要】：纳米晶聚合物太阳能电池具有原材料价格低,生产工艺简单,易于大面积柔性制造等优点。但目前基于纳米晶的太阳能电池仍存在光电转换效率较低、电池稳定性差等问题。FeS2纳米晶在可见及近红外波段具有较高的光学吸收性能,可突破有机聚合物吸收局限于可见光区域的缺陷,改善太阳能电池光活性层吸收光谱与太阳辐射光谱的重合率,提高太阳能电池的性能。 本论文合成了绿色窄带隙FeS2纳米晶,制备了反向倒置结构的纳米晶聚合物太阳能电池,考察了纳米晶与聚合物的添加比率、溶剂选择、热处理工艺等影响因素,通过优化电池制备工艺参数,获得的FeS2纳米晶聚合物太阳能电池具有较宽的温度稳定性和较高的时间稳定性,且在不同光照强度下效率波动幅值较小。论文主要获得以下研究结果： (1)采用烧瓶溶剂热法实现了晶型完整且纯净的FeS2纳米晶的简单快速合成,纳米晶呈球形均匀分散,粒径约40nm,吸收峰在750nm左右,与太阳光谱实现了良好的匹配。 (2)优化了TiO2电子传输层和光电活性层制备工艺,发现采用TiO2纳米颗粒的透明溶液旋涂制备TiO2层更薄更均匀,有利于电子的快速传输；旋涂速度1500rpm下制备出的活性层保证了电池所需纳米晶与聚合物的用量,且厚度约80nm,缩短了电子传输的距离,有效降低了电子复合率；电池150℃热处理后,可去除有机配体,且使聚合物呈现纤维状,为电子传输提供通道。 (3)获得了光电转换效率达3.0%的FeS2纳米晶聚合物太阳能电池,该电池在保存15周仍保留原来效率的83.3%；20-80℃温度范围内稳定工作；500-2000W/m2光强范围内,电池效率的波动幅值为±20%。比量子点敏化电池的稳定性有明显提升。 【关键词】：FeS_2纳米晶 量子点 太阳能电池 聚合物 稳定性
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 研究背景与课题来源9-10
• 1.2 纳米晶的基本概念10-11
• 1.3 太阳能电池的工作原理11-12
• 1.4 纳米晶在太阳能电池中的应用12-16
• 1.4.1 纳米晶肖特基太阳能电池12-13
• 1.4.2 纳米晶敏化太阳能电池13-16
• 1.4.3 纳米晶聚合物太阳能电池16
• 1.5 纳米晶聚合物太阳能电池研究进展16-21
• 1.5.1 纳米晶聚合物太阳能电池的原理和结构17
• 1.5.2 纳米晶的形状、种类、尺寸以及组分的研究17-19
• 1.5.3 纳米晶表面配体的研究19-20
• 1.5.4 纳米晶与聚合物界面电荷传输与分离的优化20-21
• 1.6 研究内容与意义21-23
• 第2章 实验方法及表征手段23-33
• 2.1 前言23
• 2.2 实验装置23-24
• 2.2.1 烧瓶反应装置23-24
• 2.2.2 反应釜24
• 2.3 实验药品与实验设备24-25
• 2.4 电池及纳米晶的表征方法25-32
• 2.4.1 纳米晶的表征方法25-28
• 2.4.2 薄膜性能表征28
• 2.4.3 太阳能电池性能的表征28-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 绿色窄带隙FeS_2纳米晶的制备33-39
• 3.1 前言33-34
• 3.2 水热法制备FeS_2黄铁矿纳米晶34-36
• 3.2.1 实验过程34
• 3.2.2 水热法制备FeS_2相结构和形貌表征34-36
• 3.3 烧瓶溶剂热法制备FeS_2黄铁矿纳米晶36-38
• 3.3.1 实验过程36
• 3.3.2 FeS_2黄铁矿纳米晶的物相分析及形貌表征36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 FeS_2纳米晶聚合物太阳能电池的制备及优化39-50
• 4.1 前言39
• 4.2 电池结构的设计39-41
• 4.3 电池的制备工艺41-43
• 4.4 电池结构TiO_2层的优化43-45
• 4.4.1 一维TiO_2纳米管43-45
• 4.4.2 TiO_2透明水溶液45
• 4.5 电池活性层的优化45-49
• 4.5.1 活性层厚度的优化46-48
• 4.5.2 热处理工艺的优化48-49
• 4.6 本章小结49-50
• 第5章 FeS_2纳米晶聚合物太阳能电池高效性与稳定性研究50-61
• 5.1 前言50
• 5.2 电池的高效性50-56
• 5.2.1 FeS_2纳米晶LUMO与HOMO值的测试52-54
• 5.2.2 FeS_2纳米晶聚合物太阳能电池的能级结构54-56
• 5.3 电池的稳定性56-60
• 5.3.1 时间稳定性56-57
• 5.3.2 温度稳定性57-59
• 5.3.3 光强变化对电池性能的影响59-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第6章 总结与展望61-63
• 6.1 总结61-62
• 6.2 创新点62
• 6.3 展望62-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士期间发表论文70

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