聚合物基多元材料光伏性能的研究

【摘要】：太阳能是一种取之不尽，用之不竭的无污染能源，一批新型的薄膜太阳能电池厂的出现，让我们看到了太阳能电池发展的广阔前景。SnS为一种重要的光电转化材料，因无毒无害，且与可见光有很好的光谱匹配性能，而引起了广泛的关注。为此，本论文以SnS为研究对象，对影响光电性能因素进行系统的研究。 本论文采用混合溶剂热法，选用PEG为表面活性剂，探究用单因素实验法，考察反应物配比、反应时间、反应温度、表面活性剂用量、表面活性剂种类对合成硫化亚锡的影响，并对产物进行了各项表征，确定最佳合成条件。用合成出的SnS与PVB树脂共混成半导体油墨，再添加一种或多种半导体材料(SnO_2、ZnS)，涂覆在柔性的PET塑料薄膜上成膜，观察不同的配比对成膜的影响，最后测试这种复合薄膜的综合性能。实验结论如下： (1)以二水合氯化亚锡SnCl_2·2H_2O为锡源，硫脲(NH_2)_2CS为硫源，选用PEG为表面活性剂，结果表明：反应物配比为1:1.2，反应时间14h，反应温度190℃，添加0.5gPEG1500时为最佳的合成条件。 (2)在最佳条件下合成出硫化亚锡，结果表明：合成产物结晶性能良好、球状分散均匀，粒径在3-6μm之间；Sn、S两种元素摩尔分数之比接近1:1，物相较纯净；光吸收较强，与太阳辐射中的可见光有很好的光谱匹配，基本上成功的合成出了性能优良的硫化亚锡微米晶。 (3)将SnS与PVB树脂共混制成一元SnS柔性薄膜吸光材料，结果表明：SnS添加的越多，复合薄膜的导电性能越好，吸光强度也越强，到添加量为SnS:PVB=3:1（质量比）时，综合性能已基本稳定，为最佳填充量。 (4)鉴于薄膜的稳定性，添加SnO_2、ZnS制备二元/三元化合物薄膜吸光材料时，选取半导体填料的添加量为半导体：PVB树脂=3:1（质量比）作为填充量。 (5)在一元SnS化合物薄膜的基础上共混另外一种SnO_2，这种二元化合物薄膜比一元SnS薄膜导电性能有较大提高，且SnO_2添加量越多，复合薄膜的导电性能增强，吸光强度减小，表明SnS比SnO_2对太阳光有更强的吸收，SnS可作为主体的吸光材料；其中，当半导体添加量为SnS:SnO_2=3:1（质量比）时，清晰可见球状的SnS粒子均匀分散于树脂基体中，起到了导电通路的作用。当半导体添加量为SnS:SnO_2=3:1（质量比）时，这种二元化合物薄膜吸光材料的综合性能最佳。三元薄膜吸光材料将在此基础上做进一步研究。 (6)在二元化合物薄膜材料的基础上共混另外一种ZnS，ZnS的导电性能没有SnS、SnO_2优异，ZnS的添加对三元化合物薄膜的导电性能没有改善；ZnS对太阳光的总体吸收效果不及SnS、SnO_2，但是，对太阳光中的紫外吸收是三种半导体材料中最强的。 【关键词】：太阳能电池 硫化亚锡 溶剂热法 柔性 共混
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ134.32;TM914.4
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-16
• 第1章 绪论16-26
• 1.1 研究背景及意义16
• 1.2 太阳能电池发展概况16-18
• 1.2.1 单晶硅太阳能电池17
• 1.2.2 薄膜太阳能电池17-18
• 1.2.3 有机聚合物、染料敏化太阳能电池18
• 1.3 硫化亚锡（SnS）的研究进展18-21
• 1.3.1 SnS 的概述19
• 1.3.2 SnS 国内外研究现状19-21
• 1.4 柔性薄膜太阳能电池的研究进展21-24
• 1.4.1 柔性薄膜太阳能电池的概述21-22
• 1.4.2 柔性无机类薄膜太阳能电池22-23
• 1.4.3 柔性有机薄膜太阳能电池23
• 1.4.4 柔性衬底的研究现状23-24
• 1.5 课题的意义及主要内容24-26
• 1.5.1 选题的意义24-25
• 1.5.2 课题的主要内容25-26
• 第2章 实验以及测试表征方法26-30
• 2.1 实验原料和设备26-27
• 2.1.1 实验原料26
• 2.1.2 实验设备26-27
• 2.2 分析表征方法及测试手段27-30
• 2.2.1 表征方法27-28
• 2.2.2 测试手段28-30
• 第3章 硫化亚锡吸光材料的溶剂热法合成及表征30-52
• 3.1 前言30-31
• 3.2 实验内容31-32
• 3.2.1 试样的制备31
• 3.2.2 实验流程图31-32
• 3.3 反应物配比对合成硫化亚锡的影响32-35
• 3.3.1 试样的制备32
• 3.3.2 产物 XRD 结果分析32-33
• 3.3.3 产物 SEM 结果分析33-34
• 3.3.4 反应物配比对产物光吸收效率的影响34-35
• 3.3.5 小结35
• 3.4 反应时间对合成硫化亚锡的影响35-39
• 3.4.1 试样的制备35-36
• 3.4.2 产物 XRD 结果分析36
• 3.4.3 产物 SEM 结果分析36-39
• 3.4.4 反应时间对产物光吸收效率的影响39
• 3.4.5 小结39
• 3.5 反应温度对合成硫化亚锡的影响39-43
• 3.5.1 试样的制备39-40
• 3.5.2 产物 XRD 结果分析40
• 3.5.3 产物 SEM 结果分析40-42
• 3.5.4 反应温度对产物光吸收效率的影响42-43
• 3.5.5 小结43
• 3.6 表面活性剂用量对合成硫化亚锡的影响43-48
• 3.6.1 试样的制备44
• 3.6.2 产物 XRD 结果分析44-45
• 3.6.3 产物 SEM 结果分析45-47
• 3.6.4 表面活性剂用量对光吸收效率的影响47
• 3.6.5 小结47-48
• 3.7 表面活性剂种类对合成硫化亚锡的影响48-51
• 3.7.1 试样的制备48
• 3.7.2 产物 XRD 结果分析48
• 3.7.3 产物 SEM 结果分析48-50
• 3.7.4 表面活性剂种类对产物光吸收效率的影响50-51
• 3.7.5 小结51
• 3.8 本章小结51-52
• 第4章 一元硫化亚锡化合物薄膜吸光材料的制备与表征52-64
• 4.1 前言52-53
• 4.2 最佳合成条件下的硫化亚锡的分析表征53-56
• 4.2.1 样品的制备53-54
• 4.2.2 硫化亚锡的 XRD 分析54
• 4.2.3 硫化亚锡的 SEM 分析54-55
• 4.2.4 硫化亚锡的 EDS 分析55
• 4.2.5 硫化亚锡的 UV-vis 吸收谱图分析55-56
• 4.2.6 小结56
• 4.3 一元硫化亚锡薄膜吸光材料的制备与表征56-62
• 4.3.1 一元 SnS 薄膜的制备过程58-59
• 4.3.2 一元 SnS 薄膜导电率测试与分析59-60
• 4.3.3 一元 SnS 薄膜光吸收效率测试与分析60
• 4.3.4 一元 SnS 薄膜 SEM 测试与分析60-61
• 4.3.5 一元 SnS 薄膜 TG 测试与分析61-62
• 4.3.6 小结62
• 4.4 本章小结62-64
• 第5章 二元化合物薄膜吸光材料的制备与表征64-70
• 5.1 前言64-65
• 5.2 二元化合物薄膜的制备过程65-66
• 5.3 结果与讨论66-69
• 5.3.1 二元化合物薄膜导电率测试与分析66
• 5.3.2 二元化合物薄膜光吸收效率测试与分析66-67
• 5.3.3 二元化合物薄膜 SEM 测试与分析67-68
• 5.3.4 二元化合物薄膜 TG 测试与分析68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第6章 三元化合物薄膜吸光材料的制备与表征70-77
• 6.1 前言70-71
• 6.2 三元化合物薄膜的制备过程71-72
• 6.3 结果与讨论72-75
• 6.3.1 三元化合物薄膜导电率测试与分析72-73
• 6.3.2 三元化合物薄膜光吸收效率测试与分析73-74
• 6.3.3 三元化合物薄膜 SEM 测试与分析74-75
• 6.3.4 三元化合物薄膜 TG 测试与分析75
• 6.4 本章小结75-77
• 结论77-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士期间发表的论文83-84
• 致谢84

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