氧化镍薄膜制备及其太阳能电池应用的研究

【摘要】：N型透明导电氧化物薄膜(如ITO、FTO等)是非常重要的光电子元器件材料,目前广泛用于光电转化尤其是最近非常热门的太阳能电池当中。相对应的P型透明导电氧化物薄膜虽然也是非常重要的半导体材料,但是目前可选的材料非常少,而其中带隙为3.6 e V-4.0 e V的P型半导体氧化镍由于其良好的电学、光学、磁学性质以及热电性、耐化学性,使得它成为目前研究的热门材料之一。同时,这些优异的性能使得氧化镍薄膜可以应用于太阳能电池中。本文通过聚合物辅助沉积的化学溶液法来制备高质量的氧化镍薄膜,然后将氧化镍薄膜应用于太阳能电池空穴传输层,使得氧化镍薄膜具有实际应用的可能,并且通过掺杂氧化镍薄膜、调节薄膜厚度等来改善器件性能。研究内容概括如下:1.在蓝宝石基底上生长高质量外延氧化镍薄膜。首先用聚乙烯亚胺(PEI)和Ni Cl2·6H2O配成前驱体溶液,然后在蓝宝石基底上旋涂成膜,最后在空气下退火得到外延氧化镍薄膜。运用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见光(UV-Vis)分光光度计、综合物性测量系统(PPMS)和X射线光电子能谱(XPS)来表征其结构、形貌、外延匹配关系、光学性质、电学性质及价态。2.Ni O薄膜作为空穴传输层应用于聚合物太阳能电池。Ni O代替PEDOT:PSS作为空穴传输层以避免对ITO的酸性腐蚀,同时更加有效地阻挡电子,并研究了掺杂Li+的Ni O薄膜对电池性能的影响以及改变Ni O薄膜厚度对电池性能的影响。另外,Ni O薄膜还作为空穴传输层被尝试应用于新型卤素钙钛矿太阳能电池。在FTO/Ni O/钙钛矿/PCBM/Ag这样结构的太阳能电池中,它起着阻挡电子传输空穴的作用,同时通过改变Ni O薄膜的厚度来研究其对电池性能的影响。 【关键词】：化学溶液法 氧化镍 外延薄膜 空穴传输层 太阳能电池
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 NiO薄膜的基本性质11-13
• 1.2.1 NiO薄膜的晶体结构11
• 1.2.2 NiO薄膜的光电特性11-12
• 1.2.3 NiO薄膜的气敏特性12-13
• 1.2.4 NiO薄膜的电致变色特性13
• 1.3 NiO薄膜的主要应用及进展13-17
• 1.3.1 太阳能电池14-15
• 1.3.2 发光二极管15
• 1.3.3 光电探测器15-16
• 1.3.4 气体传感器16
• 1.3.5 电致变色材料16-17
• 1.4 本论文的研究意义和研究内容17-19
• 1.4.1 本论文的研究意义17-18
• 1.4.2 本论文的研究内容18-19
• 第二章 NiO薄膜的制备方法和样品表征方法19-34
• 2.1 NiO薄膜的制备方法19-24
• 2.1.1 脉冲激光沉积19-20
• 2.1.2 磁控溅射沉积20-21
• 2.1.3 原子层沉积21-22
• 2.1.4 分子束外延22
• 2.1.5 化学气相沉积22-23
• 2.1.6 溶胶-凝胶法23-24
• 2.2 聚合物辅助沉积法的基本原理及设备24-27
• 2.2.1 聚合物辅助沉积方法简介24-26
• 2.2.2 聚合物辅助沉积方法的设备26-27
• 2.3 薄膜样品及器件的表征方法27-34
• 2.3.1 X射线衍射（XRD）27-28
• 2.3.2 场发射扫描电子显微镜（FESEM）28-29
• 2.3.3 透射电子显微镜（TEM）29-30
• 2.3.4 原子力显微镜（AFM）30
• 2.3.5 紫外-可见（UV-Vis）分光光度计30-31
• 2.3.6 综合物性测量系统（PPMS）31-32
• 2.3.7 X射线光电子能谱（XPS）32-33
• 2.3.8 电池效率测试系统33-34
• 第三章 外延NiO薄膜的制备及其性质分析34-40
• 3.1 引言34
• 3.2 实验材料34
• 3.3 外延NiO薄膜的制备过程34-35
• 3.3.1 前驱体溶液的配制34
• 3.3.2 旋涂法镀膜34-35
• 3.3.3 管式炉退火处理35
• 3.4 外延NiO薄膜的性质分析35-39
• 3.4.1 外延NiO薄膜的结构35-36
• 3.4.2 外延NiO薄膜的表面形貌36-37
• 3.4.3 外延NiO薄膜的光学性质37-38
• 3.4.4 外延NiO薄膜的电学性质38
• 3.4.5 外延NiO薄膜的价态38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 NiO薄膜应用于太阳能电池的研究40-50
• 4.1 引言40
• 4.2 NiO薄膜应用于聚合物太阳能电池的研究40-45
• 4.2.1 聚合物太阳能电池的制作过程40-41
• 4.2.2 掺杂Li~+对NiO薄膜及其器件性能的影响41-44
• 4.2.3 改变NiO薄膜厚度对器件性能的影响44-45
• 4.3 NiO薄膜应用于钙钛矿太阳能电池的研究45-48
• 4.3.1 钙钛矿太阳能电池的制作过程45-46
• 4.3.2 改变NiO薄膜厚度对器件性能的影响46-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 总结与展望50-52
• 5.1 全文总结50
• 5.2 存在问题与展望50-52
• 参考文献52-60
• 攻读硕士学位期间的学术成果60-61
• 致谢61-62

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