聚乙二醇表面修饰氧化锌量子点的制备及其光伏应用

【摘要】：有机无机杂化太阳能电池是一种新型太阳能电池，将有机共轭材料的空穴传输能力与无机材料的电子传输能力结合在一起，材料来源广泛，且基本可以实现液态加工，具有很大的研究价值和应用前景。但是有机无机杂化太阳能电池的影响因素较多，如材料的选择、器件的结构设计、工艺路线的优化等，亟需更深入的研究以提高电池的效率。一般无机半导体材料激子束缚能较低，不能使载流子形成有效的传输。氧化锌（ZnO）具有电子亲和势高、激子束缚能大、电子迁移率高等优点，可以使载流子扩散更远的距离，非常具有研究与应用价值。另外，ZnO形貌易控、制备工艺简单、来源广泛，因此本文选用ZnO量子点作为杂化太阳能电池的受体材料，以得到光电性能更好的有机无机杂化太阳能电池。 本文采用溶胶-凝胶法制备ZnO量子点，通过对其工艺参数的优化，并添加聚乙二醇（PEG-2000）对其进行表面修饰。通过一系列的测试方法（扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、紫外-可见光谱、红外光谱等测试分析）对所得ZnO量子点的结构成分、形貌及光学性能分析得出，当Zn(Ac)2·2H2O与KOH的摩尔比例为1:1.7，Zn(Ac)2·2H2O的浓度为0.1mol·L-1时所得到的ZnO量子点纯净、尺寸较小（9.5nm），且尺寸稳定性较好。但不添加表面修饰剂下合成的ZnO量子点表面具有许多缺陷，具有很高的表面活性能而易于发生团聚，PEG表面修饰后的ZnO量子点表面缺陷态发射随PEG-2000添加量的增加而降低，当添加0.2g PEG表面修饰剂时，可得到尺寸更小（7.5nm）、尺寸稳定性更好、分散更均匀的PEG表面修饰ZnO量子点。 通过对ZnO/P3HT体系杂化太阳能电池器件的性能研究表明，活性层表面形貌受ZnO所占比例及活性层界面性能影响，通过调节ZnO的含量并对其进行表面修饰有效改善了其表面形貌，提高其并联电阻以减缓器件的漏电情况。通过优化ZnO添加量可以使器件的效率达到0.12%；再用PEG-2000对活性层界面进行修饰可以有效地提高器件性能，当PEG的质量分数为4.6%时，相比于未添加PEG-2000短路电流、开路电压及填充因子分别提升了8.3%、69.7%和27.8%，器件性能得到了明显的改善，光电转换效率达到0.46%。 【关键词】：太阳能电池 有机无机杂化 氧化锌 表面修饰 溶胶-凝胶法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 有机无机杂化太阳能电池简介11-14
• 1.2.1 有机无机杂化太阳能电池结构及原理11-12
• 1.2.2 有机无机杂化太阳能电池的重要特性12-14
• 1.3 ZnO 量子点的性质及应用14-15
• 1.3.1 ZnO 量子点的性质14-15
• 1.3.2 ZnO 量子点的表面修饰及应用15
• 1.4 ZnO 量子点及其在杂化太阳能电池上的应用15-19
• 1.4.1 ZnO 量子点的研究现状15-16
• 1.4.2 ZnO/P3HT 杂化太阳能电池的研究现状16-19
• 1.5 本文的主要研究内容19-20
• 第2章 材料及器件的制备和表征20-29
• 2.1 引言20
• 2.2 实验试剂与仪器20-21
• 2.3 ZnO 量子点及 ZnO/P3HT 体系器件的制备21-25
• 2.3.1 ZnO 量子点的制备21-23
• 2.3.2 ZnO/P3HT 体系太阳能电池的制备23-25
• 2.4 ZnO 量子点及太阳能电池性能的表征方法25-28
• 2.4.1 ZnO 量子点的性能表征方法25-27
• 2.4.2 ZnO/P3HT 体系器件性能的表征方法27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 ZnO 量子点的制备工艺研究29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 反应物比例对 ZnO 量子点的影响29-31
• 3.2.1 反应物比例对 ZnO 量子点光学性能的影响29-31
• 3.2.2 反应物比例对 ZnO 量子点成分的影响31
• 3.3 反应物浓度对 ZnO 量子点的影响31-37
• 3.3.1 反应物浓度对 ZnO 量子点结构的影响32-33
• 3.3.2 反应物浓度对 ZnO 量子点光学性能的影响33-35
• 3.3.3 反应物浓度对 ZnO 量子点形貌的影响35-37
• 3.4 表面修饰剂 PEG-2000 对 ZnO 量子点的影响37-43
• 3.4.1 PEG 对 ZnO 量子点结构及成分的影响37-39
• 3.4.2 PEG 对 ZnO 量子点光学性能的影响39-41
• 3.4.3 PEG 对 ZnO 量子点形貌的影响41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 ZnO/P3HT 杂化太阳能电池的性能研究44-54
• 4.1 引言44
• 4.2 活性层的配比对器件性能的影响44-49
• 4.2.1 活性层的比例对其形貌的影响45-46
• 4.2.2 活性层的配比其光学性能的影响46-47
• 4.2.3 活性层的配比对器件光电性能的影响47-49
• 4.3 表面修饰对器件性能的影响49-53
• 4.3.1 表面修饰对活性层表面形貌的影响50-51
• 4.3.2 表面修饰对器件性能的影响51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-63
• 致谢63

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

MAA修饰ZnO量子点及其发光特性    庄稼;刘猛;刘汉斌;

有机太阳能电池用聚合物给体材料的研究进展    叶怀英;李文;李维实;

高效率晶体硅太阳电池研究及产业化进展    宋登元;郑小强;

Cu_2ZnSnS_4纳米晶及其薄膜的制备    夏冬林;郑宇辰;黄波;赵修建;

铜辅助单步化学刻蚀多晶硅(英文)    虞栋;王申;郦莉;王伟;吴仕梁;吴小山;张凤鸣;

Cu_2ZnSn(S,Se)_4薄膜太阳电池研究进展    龙飞;莫淑一;池上森;梁凤基;邹正光;

PbS纳米晶修饰的ZnO/PVP复合电双稳器件阻变机制    石庆良;徐建萍;王雪亮;王有为;姜立芳;朱明雪;洪源;李岚;

铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜的制备工艺及性能表征    王靖宇;朱成军;邱继芳;刘倩;

含长碳链富勒烯衍生物的制备与表征    王洪晶;卢骏安;王越;张洪波;段继东;鲁捷;韩爱鸿;

CZTS薄膜太阳电池的研究及发展    自兴发;杨培志;

含噻吩[2,3-b]并噻吩-吡咯[3,4-c]并吡咯二酮结构单元聚合物的合成及其在太阳能电池中的应用研究    冯宇;苏智兴;孙丽;刘绍刚;刁开盛;张卫民;

硫脲修饰Cd掺杂ZnO水溶性量子点的制备及表征    赵斌;赵肃清;张焜;刘端;苏娟;

新型共轭聚合物的设计、合成及光电性能研究    曹康丽

新型给体—受体共轭聚合物的设计、合成及其有机光伏太阳能电池性能研究    胡超

ZnS和ZnO纳米材料的制备及其光致发光性能的研究    陈忠

铜锌锡硫薄膜太阳电池相关材料与器件的研究    葛杰

溶胶—凝胶法制备铜锌锡硫（Cu_2ZnSnS_4）薄膜太阳能电池    苏正华

铜基多元半导体的电子结构和光学性质    张玉波

Cu_2ZnSnS_4光电薄膜的电沉积制备与物理性能研究    贺显聪

Cu_2ZnSnS_4薄膜及其太阳电池的溅射法制备和性能研究    江丰

纳米氧化锌和硫化物的合成及在太阳能电池中的应用研究    施建兴

局域表面等离子体增强的氮化硅器件电致发光性能研究    王锋

水溶性量子点的合成及标记狂犬病P蛋白抗体的研究    赵斌

凝胶渗透色谱中梳形聚电解质长支链的体积效应研究    李慧

基于二维结构苯并二噻吩电子供体单元聚合物太阳能电池材料的研究    李阳

Cu_2ZnSnS_4及其氧化物复合纳米材料的制备与光电性能研究    林晓静

Ⅰ-Ⅵ族纳米晶薄膜材料的室温原位合成及在杂化薄膜太阳能电池中的应用    雷岩

背面抛光及钝化多晶硅太阳能电池研究    贺强

纳米硅基光伏器件的制备及性能研究    刘东

CZTS（Se）薄膜的制备及性能分析    仲伟玉

基于液晶的半透明聚合物太阳能电池性能研究    杨启满

核壳结构纳米复合材料的制备及其电化学性能研究    孔德志

Electrons Transfer Between Mercaptoacetic Acid and ZnO Nanocrystal Thin Film    

水溶性量子点的制备及应用    徐海娥,闫翠娥

一种Q态纳米CdS的新型制备法——聚合物分散法    闫云辉,章伟光,范军,纪欣

适配体探针传感技术进展    李一林;郭磊;张朝阳;唐吉军;谢剑炜;

对称量子点花样体系壳层结构的研究    隋鹏飞,戴振宏,孙金祚,张立德

锗硅量子点掠入射小角X射线散射研究    王玉柱;贾全杰;陈雨;薛宪营;姜晓明;崔健;林健晖;蒋最敏;何庆;

硅锗薄膜上量子点的受激发光    黄伟其;吕泉;张荣涛;王晓允;刘世荣;秦朝建;

应变对耦合量子点空穴基态混合特性的影响    汤乃云;

隧穿注入量子点体系的载流子动力学研究    郭静;贾国治;韦方兴;李强;侯苏轩;

纳米硅薄膜中量子点的库仑阻塞效应    余明斌,王燕,刘满仓,马爱华

环状耦合三量子点结构的电子输运性质    江兆潭;杨杰;王玉;魏贤凤;张杰;

电磁场中量子点接触的电导    黄焕坤

量子点太阳电池研究进展    康培;刘如彬;王帅;张启明;孙强;穆杰;

生长温度对InAs/GaAs量子点太阳电池的影响研究    杨园静;涂洁磊;李雷;姚丽;

非均质量子点结构弹性场分析的微扰理论    楚海建;王建祥;

宽增益谱量子点材料与器件    金鹏;李新坤;安琪;吕雪芹;梁德春;王佐才;吴剑;魏恒;刘宁;吴巨;王占国;

量子化表面等离子体极化激元与耦合量子点系统相互作用的格林函数理论    琚鑫;郭健宏;

InGaAs/GaAs量子点链状结构光学性质的研究    王宝瑞;徐仲英;孙宝权;姬扬;孙征;Z.M.Wang;G.J.Salamo;

用量子受限模型分析硅氧化层中的锗低维纳米结构(英文)    黄伟其;刘世荣;

不同密度InAs/GaAs自组织量子点的光致发光比较研究    马丽丽;邵军;吕翔;李天信;陆卫;

InGaAs/GaAs链状量子点结构的光学特性研究    王宝瑞;孙征;孙宝权;徐仲英;

异变生长GaAs基长波长InAs垂直耦合量子点    王鹏飞;熊永华;吴兵朋;倪海桥;黄社松;牛智川;

砷化镓量子点太阳电池及材料的研究现状    李烨;涂洁;

Si表面生长Ge量子点的研究进展    刘鹏强;王茺;杨宇;

俄力推纳米研究成果走向应用    本报记者　董映璧

用导电原子力显微镜研究锗硅量子点和量子环的形貌和电学特性    吴荣

锗硅量子点的自组织生长和微结构的研究    林健晖

锗硅量子点的制备及退火特性研究    蔡其佳

耦合量子点体系的电子输运研究    邓宇翔

双量子点中的量子信息研究    张辉

量子点光学性质的经验赝势计算    龚明

含镉量子点体系的制备与荧光性质研究    安利民

量子点的制备及其在生物分析中的应用    杨冬芝

卟啉及量子点光敏剂荧光光谱特性研究    温亚楠

量子点的制备及在生物标记中的应用    董微

耦合双量子点器件中电子自旋态的量子测量    张建平

单个锗硅量子点和量子环的电学性质及其组分分布的研究    张生利

基于量子点的分布式量子计算    王艳伟

水溶性量子点与纳米金相互作用的光谱研究    蔡涯文

耦合量子点系统的特性研究    温玉兵

量子点耦合结构输运和光学性质研究    王红仙

耦合双量子点中电子输运的全计数统计    张梓良

量子点的组分分布和电子结构计算    赵伟

磁场作用下三量子点体系中双电子性质的研究    张静

外场驱动下耦合量子点系统动力学性质的理论研究    姜哲