基于一维氧化锌纳米材料的有机无机杂化太阳能电池制备和性能研究

【摘要】：有机无机杂化电池作为一种新型的薄膜太阳能电池近年来受到人们的广泛关注,但其光电转换效率普遍较低,究其原因主要是活性功能层的光吸收效率偏低和光生载流子易复合。为此,本论文针对以上这些问题,探索性地开展了活性功能层制备方法的改进以及电池结构组成和工艺的优化,并取得如下研究结果： (1)采用两步法制备了垂直取向良好的一维ZnO纳米材料。首先通过溶胶凝胶法制备ZnO晶种层,然后通过水热法生长ZnO纳米棒阵列。所制备的ZnO晶种层厚度为lOOnm, ZnO纳米棒阵列致密均匀,直径平均80nm,棒长度控制在100至800nm范围内。 (2)采用旋涂法将电子供体材料P3HT(聚3-己基噻吩)负载于上述制得的ZnO纳米棒阵列,通过慢干工艺改善P3HT与ZnO异质结界面间的纳米级接触。制得的电池活性功能膜厚度约为1μm,其最大光电转化效率为0.22%。 (3)采用D205染料作为修饰剂进一步改善ZnO纳米棒阵列的表面特性。通过紫外可见吸收光谱(UV-vis)和单色光转化效率(IPCE)检测得电池在可见光波段的光吸收率和光电转化效率都有提高,D205染料修饰后的电池光电转化效率达0.98%。 (4)在上述工作的基础上,以ZnO纳晶聚集体修饰晶种层,结果表明：经纳晶聚集体修饰的电极膜的D205吸附量从5.93×10-6mM/cm2提升至7.38×10-6mM/cm2。在D205染料和ZnO纳晶聚集体的协同作用下电池光电转化效率进一步提升,效率达到1.30%。 本文的研究内容对有机无机杂化太阳能电池的性能改进有重要的意义。 【关键词】：有机无机杂化太阳能电池 ZnO纳米棒阵列 D205染料 ZnO纳晶聚集体
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ132.41;TB383.1;TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-33
• 1.1 研究背景13
• 1.2 有机无机杂化太阳能电池的结构和原理13-17
• 1.2.1 HSC根据结构的分类13-15
• 1.2.2 HSC的工作原理15-17
• 1.3 有机无机杂化太阳能电池的组成17-23
• 1.3.1 无机半导体材料18-19
• 1.3.2 有机半导体材料19-22
• 1.3.3 隔层材料22-23
• 1.4 ZnO薄膜材料23-26
• 1.4.1 ZnO薄膜材料23-25
• 1.4.2 ZnO薄膜的表面修饰剂25-26
• 1.5 有机无机杂化太阳能电池的光电性能评估26-29
• 1.5.1 HSC的等效电路图26-27
• 1.5.2 HSC的评估方法27-29
• 1.6 有机无机杂化太阳能电池的研究进展29-32
• 1.6.1 HSC的研究进展29-31
• 1.6.2 ZnO-HSC研究进展31-32
• 1.7 本课题的研究内容及意义32-33
• 第二章 有序异质结有机无机杂化太阳能电池33-51
• 2.1 实验试剂与仪器设备33-35
• 2.2 一维ZnO纳米材料的制备和表征35-41
• 2.2.1 一维ZnO纳米材料的制备35-37
• 2.2.2 一维ZnO纳米材料的SEM表征37-39
• 2.2.3 一维ZnO纳米材料的XRD表征39-41
• 2.3 有序异质结杂化电池的制备和优化41-48
• 2.3.1 有序异质结杂化电池的制备41-43
• 2.3.2 有序异质结杂化电池的结构表征43-44
• 2.3.3 水热反应时间对电池性能的影响44-45
• 2.3.4 D205染料对电池性能的影响45-48
• 2.4 本章小结48-51
• 第三章 ZnO纳晶聚集体修饰有序异质结杂化电池51-65
• 3.1 实验试剂与仪器设备51-53
• 3.2 ZnO纳晶聚集体制备和表征53-54
• 3.2.1 ZnO纳晶聚集体的制备53-54
• 3.2.2 ZnO纳晶聚集体的SEM54
• 3.3 ZnO纳晶聚集体修饰制备有序异质结杂化电池54-56
• 3.4 ZnO纳晶聚集体有序异质结杂化电池的表征56-64
• 3.4.1 以ZnO纳晶聚集态修饰的有序异质结杂化电池的形貌表征56-57
• 3.4.2 以ZnO纳晶聚集态修饰的有序异质结杂化电池的光电性能57-60
• 3.4.3 ZnO聚集体对光阳极材料粗糙度的影响60-61
• 3.4.4 ZnO纳晶聚集体对电池光阳极材料吸附量的影响61-62
• 3.4.5 ZnO纳晶聚集体对电池光阳极材料UV-vis的影响62-63
• 3.4.6 ZnO纳晶聚集体对电池IPCE的影响63-64
• 3.5 本章小结64-65
• 第四章 结论65-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-73
• 攻读学位期间发表的学术论文目录73-75
• 作者和导师简介75-76
• 附件76-77

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