發(fā)布時(shí)間：2017-07-07 03:00

  本文關(guān)鍵詞：基于硅納米柱陣列的雜化太陽能電池研究

  更多相關(guān)文章： 有機(jī)太陽能電池 陰極緩沖層 硅納米柱陣列 雜化太陽能電池

【摘要】：太陽能作為一種可永續(xù)利用的清潔能源,有著巨大的應(yīng)用潛力,而在對太陽能的有效利用中,光伏發(fā)電技術(shù)(Photovoltaic)是發(fā)展最快的領(lǐng)域。在目前的光伏市場上,以晶硅制備的第一代太陽電池仍然是主流,然而其高昂的發(fā)電成本制約了此類電池的廣泛應(yīng)用。為了降低光伏電池的成本,本工作開展了兩方面的改進(jìn):首先是研究具有低成本、高性能,可折疊,生產(chǎn)工藝便捷等一系列特征的有機(jī)光伏(Organic Photovoltaic,OPV)器件;其次是通過制備硅納米結(jié)構(gòu)代替平面硅,提升器件的光學(xué)和電學(xué)性能,并且將有機(jī)/無機(jī)材料相結(jié)合制備基于硅納米結(jié)構(gòu)的雜化太陽電池器件�；谝陨涎芯克悸�,本課題一方面采用簡單的真空蒸鍍和旋涂等方法,制備了有機(jī)太陽能電池器件;另一方面運(yùn)用低成本的納米球刻蝕技術(shù)制備尺寸可控的硅納米柱陣列,并在此基礎(chǔ)上制備了硅納米柱/聚合物雜化太陽能電池器件,主要內(nèi)容分為以下三個(gè)部分:(1)以zinc phthalocyanine(Zn Pc)/fullerene(C60)有機(jī)小分子材料作為太陽能電池活性層,通過在受體(Acceptor)與陰極(Cathode)之間插入陰極緩沖層(Cathode Buffer Layer,CBL)來改善有機(jī)太陽能電池的性能。選擇的陰極緩沖層材料為4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(Bphen),通過改變Bphen層的厚度探索對太陽能電池性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)Bphen層的厚度為10 nm時(shí)器件性能最好。在此基礎(chǔ)上,系統(tǒng)研究了體異質(zhì)結(jié)(Bulk Heterojunction,BHJ)結(jié)構(gòu)對器件性能的影響。即在Zn Pc與C60之間添加摻雜層Zn Pc:C60。結(jié)果顯示:當(dāng)摻雜比率為2:1時(shí),器件功率轉(zhuǎn)換效率(Power Conversion Efficiency,PCE)最高,為0.84%,相對于面異質(zhì)結(jié)(Planar Heterojunction,PHJ)的器件效率提升了55%。(2)以poly(3-hexylthiophene)(P3HT):[6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester(PCBM)作為有機(jī)太陽能電池活性層研究聚合物太陽能電池器件的性能。在這一部分,選擇在活性層和陰極之間插入不同的陰極緩沖層材料,分別為有機(jī)物、無機(jī)物以及將有機(jī)物和無機(jī)物摻雜三種不同形式。結(jié)果表明,當(dāng)金屬陰極材料沉積在活性層時(shí),相對熱的金屬原子會(huì)在活性層表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以及擴(kuò)散到活性層材料中,插入陰極緩沖層會(huì)增強(qiáng)電子的傳輸,阻擋激子以及避免電子和空穴淬滅的作用。最終獲得了最高效率為2.78%的太陽能電池器件,相對于未添加摻雜層的器件效率提升了75.9%。(3)通過納米球刻蝕技術(shù)發(fā)展對于有序排列的Si納米柱陣列的可控及低成本制備,并進(jìn)一步研究基于此的有機(jī)/無機(jī)雜化太陽能電池:首先利用LB拉膜技術(shù)在n-Si(100)片上制備了Si O2納米粒子點(diǎn)陣單層膜作為掩膜板,采用ICP干法刻蝕制備尺寸可控的Si納米柱陣列。系統(tǒng)研究了直徑(D)及高度(H)等參數(shù)對于Si納米柱陣列的光學(xué)性能的影響,得出的結(jié)論是D越小,H越大,Si納米柱陣列的吸光性能越優(yōu)異。最后制備了基于Si納米柱/共軛高分子(PEDOT:PSS)的肖特基雜化太陽能電池器件,通過電流-電壓測試考察了器件的光伏性能。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)太陽能電池 陰極緩沖層 硅納米柱陣列 雜化太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-31
• 1.1 課題來源13
• 1.2 課題研究的目的及意義13-15
• 1.3 太陽能的利用15-17
• 1.4 太陽能電池分類17-20
• 1.5 有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理20-23
• 1.5.1 有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)20-22
• 1.5.2 有機(jī)太陽能電池的工作原理22-23
• 1.6 太陽能電池的研究概況23-29
• 1.6.1 有機(jī)太陽能電池的研究概況23-26
• 1.6.2 硅基有機(jī)/無機(jī)雜化太陽能電池的研究概況26-29
• 1.7 論文的主要內(nèi)容29-31
• 第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及太陽能電池性能參數(shù)31-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)所用儀器設(shè)備簡介31-36
• 2.1.1 真空蒸鍍及旋涂設(shè)備31-32
• 2.1.2 太陽能測試設(shè)備32-33
• 2.1.3 LB拉膜系統(tǒng)33-34
• 2.1.4 干法刻蝕系統(tǒng)34-36
• 2.2 太陽能電池性能參數(shù)36-38
• 2.3 本章小結(jié)38-39
• 第三章 有機(jī)小分子太陽能電池的研究39-51
• 3.1 引言39-40
• 3.2 器件的制備40-45
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料40-42
• 3.2.2 器件的制備和測試42-45
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析45-49
• 3.3.1 陰極緩沖層（CBL）厚度的研究45-47
• 3.3.2 體異質(zhì)結(jié)（BHJ）的研究47-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第四章 有機(jī)高分子太陽能電池的研究51-63
• 4.1 引言51-52
• 4.2 器件的制備52-56
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料52-54
• 4.2.2 器件的制備和測試54-56
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析56-62
• 4.3.1 有機(jī)陰極緩沖層材料56-58
• 4.3.2 無機(jī)陰極緩沖層材料58-60
• 4.3.3 摻雜陰極緩沖層材料60-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 第五章 硅納米柱陣列-PEDOT:PSS雜化太陽電池器件研究63-77
• 5.1 引言63-64
• 5.2 Si納米柱陣列的制備與光學(xué)特性的研究64-73
• 5.2.1 SiO_2 納米粒子的表面改性65-66
• 5.2.2 LB拉膜66-67
• 5.2.3 SiO_2 粒子點(diǎn)陣占空比的調(diào)控67-69
• 5.2.4 可控尺寸的Si納米柱陣列的制備69-71
• 5.2.5 Si納米柱陣列的光學(xué)特性的研究71-73
• 5.3 太陽能電池器件的制備和性能表征73-76
• 5.3.1 太陽能電池器件的制備73-75
• 5.3.2 太陽能電池器件的性能表征75-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 第六章 總結(jié)與展望77-79
• 6.1 總結(jié)77-78
• 6.2 展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-93
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間公開發(fā)表的論文93-94
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間所作的項(xiàng)目94-95
• 致謝95

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張亞萍;張建軍;耿新華;趙穎;;退火及摻雜對空穴傳輸層PEDOT:PSS電學(xué)特性的影響[J];光電子.激光;2009年10期

，

本文編號：528592