ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池性能的研究

【摘要】： 有机太阳能电池具有重量轻,成本低,柔软可卷曲,制备工艺简单,面积大等优势,逐步成为近年来最热门的研究领域之一。但有机太阳能电池还存在光电转换效率偏低、载流子迁移率低、光谱响应范围窄等问题,实用性不强。为了解决上述问题,在聚合物体系中引入高迁移率的无机半导体纳米晶是重要的手段之一。本论文以ZnO纳米棒和聚合物MEH-PPV复合体系为研究对象,探讨了不同材料的加入对器件性能的影响。 首先利用XRD, SEM对水热法制备的ZnO纳米棒结构和尺寸进行了表征。分析了ZnO纳米棒作为电子受体使用的可行性。在ZnO纳米棒/MEH-PPV基本器件中加入染料,有效的提升了器件的开路电压和短路电流。阳极缓冲层LiF的加入使器件的短路电流有了1.5倍的提升。 其次,分析了有机N型聚合物新材料PPDIC的光电特性,并将其与MEH-PPV混掺,结合ZnO纳米棒制作体异质结太阳电池。由AFM图分析得知在PPDIC与MEH-PPV比例为1：4时,两种材料形成良好的互穿网络,给体／受体异质结界面增多,激子分离几率增大,此时器件的得到最佳性能。但由于此材料的溶解性较差,器件的光伏特性较低。 最后,为了增大器件的光吸收,在ZnO纳米棒/MEH-PPV插入有机N型小分子PTCDA。由于激子的解离主要发生在PTCDA/MEH-PPV界面,因此在此器件中ZnO纳米棒主要作为电子的传输通道使用。插入PTCDA后,器件在可见光区的吸收强烈,光生激子数量增加,光电流密度增大。当蒸镀的PTCDA厚度为40nm,此时薄膜层的粗糙度适中,形貌较为平滑,器件性能达到最优。 【关键词】：太阳能电池 ZnO纳米棒 体异质结 插入层
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 序8-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 有机太阳能电池的研究进展11-12
• 1.3 太阳能电池的光伏特性及其等效电路12-15
• 1.3.1 太阳能电池的伏安特性曲线及特性参数12-13
• 1.3.2 太阳能电池的等效电路13-15
• 1.4 有机太阳能电池15-19
• 1.4.1 有机太阳能电池原理15-16
• 1.4.2 有机太阳能电池结构16-17
• 1.4.3 有机太阳能电池材料简介17-19
• 1.4.4 ZnO纳米材料的特性19
• 1.5 本论文的主要工作19-21
• 2 染料和阳极缓冲层对ZnO纳米棒/MEH-PPV光伏电池的影响21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 器件制备21-24
• 2.2.1 ITO基片的清洗22
• 2.2.2 ZnO纳米棒的制备22-23
• 2.2.3 染料N_(719)薄膜的制备23-24
• 2.2.4 有机功能层薄膜的制备,干燥及退火24
• 2.2.5 缓冲层的制备24
• 2.2.6 金属电极的制备24
• 2.2.7 器件的测试24
• 2.3 实验结果与讨论24-31
• 2.3.1 ZnO纳米棒的表征24-27
• 2.3.1.1 X射线衍射谱图(XRD)25
• 2.3.1.2 扫描电子显微镜(SEM)图25-27
• 2.3.2 器件的光伏特性研究27-31
• 2.4 本章结论31-32
• 3 PPDIC应用于ZnO纳米棒/MEH-PPV光伏电池器件的研究32-41
• 3.1 引言32-33
• 3.2 实验部分33
• 3.3 结果与讨论33-39
• 3.3.1 聚合物PPDIC材料特性33-34
• 3.3.2 不同掺杂比例器件的光伏特性研究34-39
• 3.4 本章小结39-41
• 4 PTCDA插入层对ZnO纳米棒/MEH-PPV光伏电池性能的影响41-48
• 4.1 引言41-42
• 4.2 实验部分42
• 4.3 结果与讨论42-46
• 4.4 本章小结46-48
• 5 结论48-49
• 参考文献49-52
• 作者简历52-54
• 学位论文数据集54

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