基于PANI/Nd_2O_3双层异质结光伏器件的制作与性能研究

【摘要】：能源问题是21世纪世界各国都非常重视的问题之一,而太阳能是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。加之聚合物成本低、易合成、质量轻等优点,使得有机聚合物太阳能电池成为众多年来一个倍受关注的焦点。本文内容是基于PANI/Nd2O3双层异质结光伏器件的制作与性能研究。 本文以苯胺单体为原料,对甲基苯磺酸为掺杂剂,过硫酸铵为氧化剂,采用化学氧化法合成了聚苯胺(PANI)纳米纤维,用标准四探针法测定了PANI的电导率、利用SEM表征了(?)PANI的形貌,并推断PANI的生长过程是先形成球状颗粒再向纤维状转变。 采用原位聚合法制备了PANI修饰的Pt电极(PANI/Pt),根据PANI/Pt在0.1mol·L-1H2SO4水溶液中的循环伏安(CV)曲线和PANI在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱,计算出PANI的最高占有轨道的能级EHOMO=-4.84eV,最低空轨道的能级ELUMO=-3.29eV,能隙Eg=1.55eV。实验结果表明,PANI能隙小于太阳光的平均能量,理论上可用于太阳能的光电转换。 采用溶剂蒸发法制备了器件PANI/ITO和器件Nd2O3/ITO,将这两种器件组装为ITO/PANI/Nd2O3/ITO双层异质结光伏器件。研究了ITO/PANI/Nd2O3/ITO的I-U特性曲线和负载曲线。根据负载曲线计算出ITO/PANI/Nd2O3/ITO双层异质结的开路电压(UOC)为145mV,短路电流(ISC)为42μA,填充因子FF为36%。 研究了光照强度、Nd203烧结温度、I(?)ANI聚合时间等因素对器件性能的影响。随着烧结温度的升高,器件的短路电流逐渐增大；光照强度与ITO/PANI/Nd2O3/ITO器件的短路电流(ISC)及开路电压的自然对数(lnUOC)均呈线性关系；聚合时暗为16h的PANI所作器件的UOC,ISC,FF均较大。 【关键词】：聚苯胺 氧化钕 双层异质结 能隙 开路电压 短路电流 填充因子
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-31
• 1.1 太阳能电池的研究背景及意义11
• 1.2 太阳能电池的发展历程11-12
• 1.3 太阳能电池的分类12-15
• 1.3.1 按电池材料分类12-14
• 1.3.2 按电池结构分类14-15
• 1.4 聚合物太阳能电池的研究15-21
• 1.4.1 聚合物太阳能电池的研究历史及现状15-16
• 1.4.2 聚合物太阳能电池的结构及工作原理16-20
• 1.4.3 聚合物太阳能电池的性能参数20-21
• 1.5 聚苯胺的研究历史及现状21-28
• 1.5.1 聚苯胺的分子结构22-23
• 1.5.2 导电聚苯胺的合成方法23-24
• 1.5.3 导电聚苯胺的导电机理24-25
• 1.5.4 导电聚苯胺的基本性能25-27
• 1.5.5 聚苯胺的应用27-28
• 1.6 稀土纳米材料的应用研究28-29
• 1.6.1 稀土元素简介28-29
• 1.6.2 稀土纳米氧化物的应用29
• 1.7 本课题研究的目的及意义29-31
• 第2章 聚苯胺的合成与表征及能带结构测定31-39
• 2.1 实验仪器和试剂31-32
• 2.2 实验过程32-33
• 2.2.1 PANI的合成32
• 2.2.2 PANI的表征32-33
• 2.2.3 PANI能级结构的测定33
• 2.3 实验结果与讨论33-37
• 2.3.1 电导率测定结果分析33-34
• 2.3.2 PANI的SEM实验结果分析34-35
• 2.3.3 PANI的FT-IR实验结果35
• 2.3.4 PANI的能级结构的测定35-37
• 2.4 本章小结37-39
• 第3章 ITO/Nd_2O_3/PANI/ITO双层异质结光伏器件的制作与性能测试39-59
• 3.1 双层异质结薄膜制备方法39
• 3.2 实验仪器及试剂39-40
• 3.3 实验过程与结果讨论40-45
• 3.3.1 ITO导电玻璃的清洗和导电面的标记40-41
• 3.3.2 ITO/PANI/ITO和ITO/Nd_2O_3/ITO器件的制作41-42
• 3.3.3 ITO/PANI/Nd_2O_3/ITO双层异质结的制作42-43
• 3.3.4 ITO/PANI/Nd_2O_3/ITO双层异质结的I-U特性测试43-44
• 3.3.5 ITO/PANI/Nd_2O_3/ITO器件负载特性的测试44
• 3.3.6 ITO/PANI/Nd_2O_3/ITO双层异质结器件性能参数的计算44-45
• 3.3.7 烧结温度对ITO/PANI/Nd_2O_3/ITO器件性能的影响45
• 3.3.8 光照强度对器件开路电压和短路电压的影响45
• 3.3.9 PANI的聚合时间对器件性能的影响45
• 3.4 结果与讨论45-56
• 3.4.1 ITO/PANI/ITO和ITO/Nd_2O_3/ITO器件的欧姆接触45-47
• 3.4.2 ITO/PANI/Nd_2O_3/ITO双层异质结的I-U特性测试47-50
• 3.4.3 ITO/PANI/Nd_2O_3/ITO器件负载特性及器件性能参数的计算50-52
• 3.4.4 烧结温度对ITO/PANI/Nd_2O_3/ITO器件性能的影响52-53
• 3.4.5 光照强度对器件开路电压和短路电压的影响53-54
• 3.4.6 PANI的聚合时间对器件性能的影响54-56
• 3.5 本章小结56-59
• 第4章 结论59-61
• 参考文献61-65
• 致谢65

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