【摘要】：新型太陽能電池是近年來廣大科研工作者關(guān)注和研究的熱點(diǎn),TiO_2納米棒陣列易制備、性能穩(wěn)定、環(huán)境友好,作為于太陽能電池的電子傳輸層具有獨(dú)特優(yōu)勢。基于溶液法制備的納米材料用于構(gòu)筑高性能、高穩(wěn)定、低成本的有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池,依靠其氣氛可控、反應(yīng)條件溫和工藝簡單的優(yōu)勢,成為充分利用太陽能的有效途徑,進(jìn)而解決能源短缺和環(huán)境污染等問題。水熱法合成的二氧化鈦納米棒陣列并用于光伏器件制備是本研究工作的重點(diǎn)。我們采用水熱法制備的Zn元素?fù)诫s的FeS_2,得到的產(chǎn)物是微球狀顆粒,這些微球是由很多形狀規(guī)則的棱形納米片組成,尺寸均勻,表面相對光滑,本工作創(chuàng)新之處在于我們首次對二硫化亞鐵材料進(jìn)行了摻雜,調(diào)節(jié)其光電學(xué)性能。另外,在水熱法合成二氧化鈦納米棒陣列方面,通過調(diào)節(jié)反應(yīng)的時(shí)間和溫度可以有效控制TiO_2納米棒的長度,另外在水熱反應(yīng)前制備TiO_2種子層,得到的納米棒徑向生長,平整致密。對TiO_2納米棒進(jìn)行改性研究,經(jīng)Ag_2S量子點(diǎn)修飾TiO_2納米棒形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)有利于界面處電子轉(zhuǎn)移,而堿處理TiO_2納米棒有效降低TiO_2表面的氧空位缺陷密度,有效地抑制了TiO_2/鈣鈦礦界面光生載流子的復(fù)合反應(yīng)。本論文的光電器件應(yīng)用研究主要分為兩個(gè)部分:第一部分是通過改性兩步溶液法制備Ag_2S量子點(diǎn)修飾二氧化鈦納米棒陣列,表征了Ag_2S/TiO_2核殼結(jié)構(gòu)的形貌和光電性能,并將優(yōu)化后的二氧化鈦納米棒陣列應(yīng)用在PCPDTBT有機(jī)太陽能電池中作為電子傳輸材料,研究了器件的光電特性;第二部分是用弱氨水處理水熱生長的二氧化鈦納米棒陣列,表征了不同長度以及優(yōu)化后的納米棒陣列的形貌,在器件應(yīng)用中是鈣鈦礦太陽能電池的空穴阻擋層,研究了堿處理前后鈣鈦礦太陽能電池的光電性能。太陽能電池器件方面的具體的研究內(nèi)容和結(jié)果如下:一、在特定溫度下通過控制反應(yīng)時(shí)間制備致密平整的長度300-1200 nm的TiO_2納米棒陣列,然后采用兩步溶液法在納米棒陣列表面制備Ag_2S量子點(diǎn)修飾層,并將該復(fù)合納米棒陣列用于有機(jī)半導(dǎo)體高分子的電子受體材料,在有機(jī)無機(jī)雜化體異質(zhì)結(jié)界面的Ag_2S量子點(diǎn)加速了激子分離。并且優(yōu)化后器件的電荷轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng),最終優(yōu)化后的器件效率增加73%,因此這種核殼結(jié)構(gòu)是一種很好的光伏器件電子傳輸層,擁有級聯(lián)II型異質(zhì)結(jié)的核殼形納米棒陣列作為電子傳輸層在器件界面中電荷轉(zhuǎn)移能力較高,是一種很有發(fā)展前景的納米結(jié)構(gòu)。二、采用弱氨水處理水熱法合成的二氧化鈦納米棒陣列并進(jìn)行退火,將優(yōu)化后的TiO_2納米棒陣列作為MAPbI_3鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸層,研究了堿處理TiO_2納米棒陣列對光伏器件性能的影響,我們發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的器件的電流密度與未處理器件相比提高了5%,光電轉(zhuǎn)換效率由未處理的15.2%提高到堿處理后的16.6%.我們認(rèn)為通過氨水處理,弱堿性氨水溶液提供的OH~-基團(tuán)能夠填充TiO_2納米棒表面的氧空位和懸掛的鈦離子鍵。在高溫退火過程中,Ti-OH基團(tuán)分解形成Ti-O基團(tuán),因此降低了氧空位密度,降低的缺陷態(tài)和增強(qiáng)的界面電荷分離導(dǎo)致器件效率和性能的提高。
【圖文】：

TiO2致密層的納米棒的 SEM 圖 （a）、（c）分別是在 FTO 上生長的（b）、（d）分別是在種子層上生長的 TiO2納米棒的表面和截面圖，100 nm TEM 圖中（a）、（b）可以看出，TiO2納米棒形狀規(guī)則，長關(guān)，單根納米棒呈單晶態(tài)，表面光滑平整，直徑大約在 50-10是 TiO2納米棒的高分辨率透射掃描電鏡圖，很明顯納米棒看出納米棒結(jié)構(gòu)的晶格條紋，這些都表明我們用水熱法成功米棒晶體。

致密層的納米棒的 SEM 圖 （a）、（c）分別是在 FTO 上、（d）分別是在種子層上生長的 TiO2納米棒的表面和截100 nmM 圖中（a）、（b）可以看出，，TiO2納米棒形狀規(guī)則單根納米棒呈單晶態(tài)，表面光滑平整，直徑大約在 5TiO2納米棒的高分辨率透射掃描電鏡圖，很明顯納納米棒結(jié)構(gòu)的晶格條紋，這些都表明我們用水熱法晶體。
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 ;A hole-conductor-free,fully printable mesoscopic perovskite solar cell with high stability[J];Science Foundation in China;2014年02期

本文編號：2679752