氧化锌微纳结构的制备及其在有机太阳能电池的应用

【摘要】：有机太阳能电池绿色环保、设备成本低，并且适合大面积工业化生产，是目前最具潜力的新能源。与传统无机太阳能电池相比，有机聚合物太阳能电池稳定性差、聚合物载流子迁移率低、入射光吸收率低，限制了有机太阳能电池器件的光电转换效率。本论文提出制备微纳多孔氧化锌纳米薄膜，并将其应用于有机太阳能电池器件，利用光栅结构增强太阳能电池的光吸收，改善太阳能电池光电性能。主要研究内容如下： 采用溶胶凝胶法制备致密氧化锌纳米薄膜，为了确定致密氧化锌纳米薄膜的最佳制备工艺，本论文研究了热处理温度和热处理时间对薄膜形貌和晶体结构的影响，发现在500℃下热处理3h可以获得结晶度高、表面质量好的氧化锌纳米薄膜。 在制备致密氧化锌纳米薄膜的基础上，本论文选用聚乙二醇为模板，制备具有多孔结构的氧化锌纳米薄膜。为了制备形貌均匀、直径较小的多孔薄膜，本论文研究了空气湿度、锌离子浓度、聚乙二醇加入量、去离子水加入量对多孔薄膜形貌的影响。本论文在最佳制备工艺下得到的氧化锌纳米薄膜含有直径在200nm-400nm、间隔为200nm-500nm的多孔微纳结构，这些多孔微纳结构形成了光栅结构。 为了研究氧化锌微纳结构对有机太阳能电池性能的影响，本论文制备了含有氧化锌修饰层的有机太阳能电池器件。本论文在太阳能电池制备的不同阶段对试样进行光学测试，研究发现具有氧化锌微纳结构的太阳能电池具有较高的可见光吸收率，并且该器件也具有良好的光电性能。 为了研究氧化锌微纳结构对有机/无机杂化太阳能电池的影响，本论文将制备的致密氧化锌纳米薄膜和多孔氧化锌纳米薄膜作为受体材料与P3HT给体材料结合，制备有机/无机杂化太阳能电池器件，研究了活性层界面修饰、ZnO纳米薄膜厚度、ZnO形貌对杂化太阳能电池光电性能的影响。 【关键词】：太阳能电池 光栅结构 氧化锌 模板法 溶胶凝胶
【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
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-23
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义8-10
• 1.2 有机/无机杂化太阳电池的研究进展10-14
• 1.2.1 聚合物电池材料研究进展11-13
• 1.2.2 无机受体材料研究进展13
• 1.2.3 杂化太阳能电池结构发展现状13-14
• 1.3 有机太阳能电池原理介绍14-17
• 1.3.1 有机太阳能电池的工作原理14-15
• 1.3.2 太阳能电池的等效电路15-16
• 1.3.3 太阳能电池的主要参数16-17
• 1.4 增加太阳能电池光吸收的方法17-21
• 1.4.1 叠层结构太阳能电池17-18
• 1.4.2 光学间隔太阳能电池18-19
• 1.4.3 光子晶体太阳能电池19
• 1.4.4 金属等离子体太阳能电池19-20
• 1.4.5 光栅结构太阳能电池20-21
• 1.5 本论文的主要研究内容21-23
• 第2章 试验材料和试验方法23-31
• 2.1 制备致密氧化锌纳米薄膜23-25
• 2.1.1 溶胶制备24
• 2.1.2 氧化锌纳米薄膜的形成24-25
• 2.2 制备多孔氧化锌纳米薄膜25-26
• 2.2.1 溶胶的配制25-26
• 2.2.2 微纳多孔氧化锌纳米薄膜的形成26
• 2.3 材料表征方法26-27
• 2.4 太阳能电池器件的制备27-29
• 2.5 太阳能电池器件的测试29
• 2.6 试验中所用试剂与设备29-31
• 第3章 氧化锌纳米薄膜的表征和分析31-51
• 3.1 致密氧化锌纳米薄膜的表征31-37
• 3.1.1 致密氧化锌纳米薄膜的晶体结构分析31-34
• 3.1.2 致密氧化锌纳米薄膜的形貌分析34-35
• 3.1.3 致密氧化锌纳米薄膜成分分析35-36
• 3.1.4 致密氧化锌纳米薄膜的透过率分析36-37
• 3.2 多孔氧化锌纳米薄膜的表征分析37-49
• 3.2.1 影响多孔氧化锌纳米薄膜制备的因素38-44
• 3.2.2 多孔氧化锌纳米薄膜的晶体结构分析44-46
• 3.2.3 多孔氧化锌纳米薄膜成分分析46-48
• 3.2.4 薄膜透过率分析48-49
• 3.3 关于多孔结构形成机理的讨论49
• 3.4 本章小结49-51
• 第4章 光栅结构增强电池器件性能的研究51-59
• 4.1 光栅增强光吸收的理论分析52
• 4.2 不同阶段试样的光学测试52-56
• 4.2.1 无活性层试样的光学测试53-54
• 4.2.2 有活性层试样的光学测试54-55
• 4.2.3 蒸镀电极后试样的光学测试55
• 4.2.4 光学测试总结分析55-56
• 4.3 光栅增强电池器件的性能56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 ZnO/P3HT 杂化太阳能电池的研究59-65
• 5.1 活性层界面修饰对器件性能的影响59-61
• 5.2 薄膜厚度对器件性能的影响61-62
• 5.3 薄膜形貌对器件性能的影响62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-72
• 致谢72

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