氧化钛修饰层的制备及其对聚合物太阳能电池性能的影响

【摘要】：能源和污染问题伴随人类的脚步进入21世纪。太阳能作为清洁能源,是解决人类能源困境的最佳选择。在太阳能的各种有效利用方式中,太阳能电池由于其可以直接将光能转换成电能的优点,成为最简洁光电转换方式。在太阳能电池研究领域,纳米结构TiOx具有重要作用。纳米结构TiOx薄膜制作成本较低,制备工艺简单,结构稳定,是提高现有有机薄膜太阳能电池体系的优良材料,具有良好的发展前景。本研究采用膏体涂覆法、阳极蚀刻法、溶胶凝胶法等三种氧化钛薄膜的制备过程制备不同纳米结构的氧化钛薄膜,并将三种氧化钛薄膜应用于以P3HT:PCBM为核心的聚合物有机薄膜太阳能电池器件中,探索不同结构氧化钛薄膜对其影响,研究使用氧化钛薄膜作为修饰层改进薄膜电池性能的方法。 全文包括四部分。第一部分是研究背景及意义。对太阳能电池进行了介绍,重点论述了聚合物太阳能电池的发展,分析了TiOx薄膜的制作方法,指出作为太阳能电池的重要材料的纳米结构TiOx的性能和优势。介绍了国内外关于纳米结构TiOx的研究及在有机太阳能电池中的应用进展,提出不足和本研究的意义,并概括了本研究的主要内容。 第二部分重点研究了制作纳米结构TiOx材料的方法及性能。对不同纳米结构TiOx薄膜的制作方法进行了研究。对不同结构薄膜表面进行了SEM表征,对膜厚控制的方法进行了探索。 第三部分研究了不同方法制备的氧化钛作为电极修饰层对聚合物有机薄膜太阳能电池的影响。通过在传统聚合物有机薄膜太阳能电池器件中加入不同结构的氧化钛薄膜,观察其对器件性能的影响并分析原因,对氧化钛薄膜进行了表征,并针对溶胶凝胶法制备的氧化钛薄膜膜厚和器件效率的关系进行了进一步的研究,发现膜厚在19nm时效率最大。 第四部分对全文进行了总结,并对本研究方向的发展前景进行了展望。 本研究的创新点：一是探索了不同纳米结构氧化钛薄膜的制备和成膜方法及其性质,对溶胶凝胶法制膜过程中出现的龟裂现象进行了分析,并找到了合适的稀释浓度,解决了龟裂的问题。二是通过调节阳极蚀刻法中的反应温度,控制了氧化钛纳米管膜层的厚度；通过改变旋涂速度,获得了不同厚度的TiOx凝胶薄膜,找出了转速和膜厚的关系。三是发现了不同修饰层厚度与器件光电流和效率的关系,找到了19nm的最佳薄膜厚度,成功的将器件的效率从3.01%提升到了3.37%。 【关键词】：氧化钛 纳米 薄膜 聚合物 太阳能电池
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 研究背景及意义10-19
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究意义11
• 1.3 文献综述11-18
• 1.3.1 太阳能电池11-13
• 1.3.2 纳米结构氧化钛13-14
• 1.3.3 纳米结构氧化钛薄膜制作方法简介14-18
• 1.4 本研究的主要工作18-19
• 2 TiO_x薄膜的制备、表征及膜厚控制研究19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 实验部分19-28
• 2.2.1 TiO_x膏体的制备和成膜19-21
• 2.2.2 TiO_x纳米管的制备和成膜21-24
• 2.2.3 TiO_x溶胶的制备和成膜24-28
• 2.3 小结28-29
• 3 TiO_x薄膜在聚合物太阳能电池的应用29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 实验部分29-31
• 3.2.1 材料和仪器29
• 3.2.2 实验过程29-31
• 3.3 结果比较和讨论31-38
• 3.3.1 实验结果31-33
• 3.3.2 结果讨论33-38
• 3.4 小结38-40
• 4 总结与展望40-43
• 学位论文数据集43-44
• 参考文献44-46

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