纳米钛酸锶基化合物太阳能电池研究

【摘要】：太阳能电池作为一种利用太阳能解决人类能源问题的手段，越来越受到人们的重视。化合物类太阳能电池对于人类制备一种廉价、高效的太阳能电池，成为该领域研究的热点课题。本文在综述太阳能电池的发展、太阳能电池的制备工艺及材料合成工艺的基础上，研究了纳米掺铁钛酸锶材料的高能球磨制备工艺以及利用固体粉末与有机粘合剂制备出的浆料，通过旋涂的方式制备太阳能电池，测试制备出的太阳能电池的光电特性。研究发现，利用旋涂制备出的纳米钛酸锶太阳能电池具有光电转换特性，且器件结构简单、工艺简捷低廉。本文主要内容如下： （1）利用高能球磨工艺制备出了纳米量级钙钛矿结构的钛酸锶基吸收层材料（SrFe_xTi_(1-x)O3-δ (x:0,0.9,1)），样品的XRD和TEM微观形貌分析表明晶粒尺寸在20nm左右；样品的DTA/TGA结果说明了粉体在25-900℃间具有良好的热稳定性和化学稳定性； （2）采用旋涂工艺及厚膜工艺，不同材料组合、浆料稀稠度及不同层数的结构因素制备了各种太阳能电池，通过不同光源的测试系统，对各太阳能电池进行太阳能电池IV测试，并对其性能参数进行分析。 （3）结果表明：采取旋涂工艺，40W日光灯照射下，样品为SrFe0.9Ti0.1O3/SrFeO_3（各四层（粉体/有机剂11/89））的P-N相组合，性能最优，即：开路电压1V，短路电流8×10-~(11)A，最大功率2.53×10-~(11)W，填充因子31.6%，光电转换效率为3.16×10~(-7)%；150W光源照射下，样品为SrFe_(0.9)Ti_(0.1)O_3/SrFeO_3（粉体/有机剂40/60）的相组合，性能最优，即：开路电压0.45V，短路电流5.4×10-~(10)A，最大功率6.2×10-~(11)W，填充因子25.5%，光电转换效率为1.45×10~(-9)%。 【关键词】：太阳能电池 掺铁钛酸锶 旋涂 高能球磨 IV测试
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 太阳能电池概述8-9
• 1.2 太阳能电池的发展现状9-16
• 1.2.1 硅类太阳能电池10-12
• 1.2.2 非硅类太阳能电池12-13
• 1.2.3 新型太阳能电池（第三代太阳能电池）13-16
• 1.3 本文的研究目的及主要内容16-17
• 1.4 本论文的结构安排17-18
• 第二章 太阳能电池基础18-40
• 2.1 太阳能电池的工作原理及性能参数18-23
• 2.1.1 太阳能电池的基本原理18-19
• 2.1.2 太阳能电池的技术参数19-23
• 2.2 太阳能电池化合物膜制备工艺23-27
• 2.2.1 气相法24-25
• 2.2.3 液相法（电沉积法）25-26
• 2.2.4 固相法（丝网印刷及旋涂涂布法）26-27
• 2.3 纳米粉体制备工艺27-32
• 2.3.1 太阳能电池吸收层材料选择27-29
• 2.3.2 纳米钛酸锶粉体合成方法29-32
• 2.4 材料表征及电池电性能测试32-38
• 2.4.1 材料热稳定行测试32-33
• 2.4.2 材料围观分析33-36
• 2.4.4 电学性能测试36-38
• 2.5 小结38-40
• 第三章 实验过程40-48
• 3.1 钛酸锶化合物薄膜制备工艺基础40-42
• 3.1.1 高能球磨合成钛酸锶系粉体工艺40
• 3.1.2 旋涂工艺40-42
• 3.2 钛酸锶基粉体合成及分析42-44
• 3.2.1 粉体的合成42-43
• 3.2.2 微观分析43
• 3.2.3 材料的热稳定性研究43-44
• 3.3 太阳能电池的制作及性能测试44-47
• 3.3.1 太阳能电池制备药品及仪器44
• 3.3.2 浆料的制备44-45
• 3.3.4 化合物电池制备45-46
• 3.3.5 材料的电学性能测试46-47
• 3.5 小结47-48
• 第四章 结果及讨论48-68
• 4.1 制备粉体的微观分析48-50
• 4.1.1 X 射线衍射结果分析48-49
• 4.1.2 TEM 透射电镜分析49
• 4.1.3 差重与热重分析49-50
• 4.2 电池的 I-V 特性50-66
• 4.2.1 性能及机理分析50-51
• 4.2.2 不同光源照射情况下，制备出的太阳能电池 I-V 特性51-52
• 4.2.3 不同膜层厚度的太阳能电池 I-V 特性52-57
• 4.2.4 不同粉体配比的太阳能电池 I-V 特性57-60
• 4.2.5 不同材料制备太阳能电池特性60-65
• 4.2.6 成品硅太阳能电池 IV 特性曲线65-66
• 4.3 综合讨论66-67
• 4.4 小结67-68
• 第五章 结论与展望68-72
• 5.1 本文得出的主要结论68
• 5.2 展望68-72
• 致谢72-74
• 参考文献74-78
• 研究生期间论文发表情况78-79

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