基于共轭有机物和无机物纳米材料异质结太阳能电池的制备及表征

【摘要】：利用太阳能已成为解决能源危机的必要手段之一，光伏电池的发展与应用给充分利用太阳能带来了广阔的前景。在众多类型太阳能电池中，杂化电池由于兼具两种或多种杂化材料的有利特性，近年来备受关注。本论文主要基于共轭有机物和无机纳米材料，通过原位聚合、p型掺杂、剥层等方法制备、改善材料性能，并应用于杂化光伏器件中，以提高电池器件的性能： 1.以硅基底为基础，通过电化学原位聚合PEDOT，形成Si-PEDOT异质结太阳能电池。首先以平面Si为基底，来探究电解液溶剂、支持电解质、电流及沉积时间等聚合条件，以及Si表面钝化修饰等条件对器件性能的影响，制备了平滑、高导电率的PEDOT薄膜。最终实现了在硅线密度较大的SiNWs表面原位聚合PEDOT薄膜，得到核壳结构的Si-PEDOT异质结电池器件。 2.在反向器件中，采用F4-TCNQ对P3HT:PCBM进行p-型掺杂，在一定程度上提高了活性层的吸光性、增强了其空穴迁移率；在薄膜的溶液旋涂制备过程中，由于自组装在表面形成了一层F4-TCNQ富集层，通过控制其厚度改善了活性层与界面的接触，降低了器件的Rs，最终器件的光电转化效率有原来的3.68%提高到了4.22%。 3.本论文首次用Li插层-剥层法制备出薄层CoSe二维材料，通过丁达尔效应、吸收光谱、荧光光谱等测试，表明获得的CoSe层状材料可以在异丙醇溶剂中形成均一、稳定的分散体系；同时该溶液还表现出明显的量子尺寸效应：吸光特性和荧光特性。通过溶液旋涂法制备CoSe薄膜，成功地将其用作反向太阳能电池的空穴传输层，并从浓度、制备工艺等方面对器件进行了优化，得到了3.78%的效率。 【关键词】：异质结太阳能电池 电化学聚合 F4-TCNQ掺杂 剥层法 空穴传输层
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB383.1;TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-31
• 1.1 引言9-11
• 1.1.1 太阳能及太阳光谱9-10
• 1.1.2 太阳能电池10-11
• 1.2 太阳能电池原理及性能参数11-14
• 1.2.1 无机太阳能电池原理11-12
• 1.2.2 有机太阳能电池原理12-13
• 1.2.3 电池性能参数13-14
• 1.3 基于有机物和无机纳米材料的太阳能电池14-17
• 1.3.1 硅基杂化电池15
• 1.3.2 有机太阳能电池15-17
• 1.4 有机-无机杂化电池研究热点17-21
• 1.4.1 基于硅纳米结构杂化电池17-18
• 1.4.2 基于有机聚合物太阳能电池18-21
• 1.5 本论文研究内容21-22
• 1.6 參考文献22-31
• 第二章 基于电化学聚合共轭有机物薄膜异质结太阳能电池的制备及其表征31-53
• 2.1 引言31-34
• 2.2 器件的制备及其表征34-38
• 2.2.1 实验材料和设备34
• 2.2.2 器件的制备34-38
• 2.2.3 器件的测量38
• 2.3 平面 Si/PEDOT:PSS 杂化电池制备及性能研究38-44
• 2.3.1 电化学聚合有机薄膜对电池性能的影响38-39
• 2.3.2 电解液溶剂对有机薄膜的影响39-40
• 2.3.3 支持电解质对有机薄膜及其电池性能的影响40
• 2.3.4 电化学沉积时间对电池性能的影响40-42
• 2.3.5 硅表面钝化修饰对电池性能的影响42-44
• 2.4 硅纳米结构/PEDOT:PSS 杂化电池制备及性能研究44-47
• 2.5 本章小结47-48
• 2.6 参考文献48-53
• 第三章 基于 F4-TCNQ 掺杂活性层有机太阳能电池的制备及其表征53-74
• 3.1 引言53-55
• 3.2 器件的制备及其表征55-59
• 3.2.1 实验材料及设备55-56
• 3.2.2 电池器件的制备56-58
• 3.2.3 实验表征58-59
• 3.3 结果分析59-68
• 3.3.1 F4-TCNQ 掺杂浓度对器件性能的影响59-60
• 3.3.2 F4-TCNQ 掺杂对器件性能影响的机理探究60-68
• 3.4 本章结论68-69
• 3.5 文献69-74
• 第四章 二维层状 CoSe 材料的制备及其作为空穴传输层在反向器件中的应用74-100
• 4.1 引言74-77
• 4.1.1 层状二维（2D）纳米材料74-76
• 4.1.2 溶液法制备空穴传输层76-77
• 4.1.3 硒化钴作为空穴传输层的应用77
• 4.2 实验材料和设备77-82
• 4.2.1 实验材料及制备77-80
• 4.2.2 硒化钴材料的制备80
• 4.2.3 器件的制备80-82
• 4.2.4 器件的表征82
• 4.3 结果分析82-94
• 4.3.1 层状 Co0.85Se 空穴传输层在器件中的应用82-87
• 4.3.2 薄层 CoSe 材料的表征87-91
• 4.3.3 薄层 CoSe 空穴传输层在反向器件中的应用91-94
• 4.4 本章小结94-95
• 4.5 文献95-100
• 第五章 全文总结及展望100-102
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文102-103
• 致谢103-104

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