二氧化钛纳米薄膜的制备与杂化太阳能电池的研究

【摘要】：随着科技的发展和能源需求的提升，太阳能电池引起了广泛的研究和关注并有了飞速的发展。有机/无机杂化太阳能电池因其综合了有机和无机两种半导体的优越性从而显示出巨大的发展潜力。有机/无机杂化材料兼具无机材半导体料的高载流子迁移率、高稳定性、高机械强度以及有机半导体的结构多样性、高光谱吸收率、易加工和柔韧性等优点，因此杂化太阳能电池的研制具有重要的理论意义和潜在的应用价值。本课题主要从二氧化钛纳米材料的制备以及合成的二氧化钛应用于太阳能电池器件的研制这两方面展开工作。 首先采用了静电纺丝技术制备二氧化钛（TiO_2）纳米纤维和溶胶-凝胶法制备TiO_2纳米致密薄膜。扫描电镜分析表明纳米纤维的直径和均匀性受纺丝液成分和浓度的影响很大，纺丝液配比为500mg聚乙烯吡咯烷酮与0.3ml钛酸丁酯所制备的纳米纤维形貌最好；致密溶胶-凝胶膜受催化剂酸碱性影响很大，酸性条件下制备的致密薄膜形貌更好。 其次通过X射线衍射、拉曼、红外和X射线光电子能谱对TiO_2物相结构进行了分析。X射线衍射和拉曼光谱分析表明不同制备方法和热处理保温时间的改变对TiO_2晶型有很大影响，随着保温时间的增加，静电纺丝法制备的TiO_2为锐钛矿和金红石的混晶结构，而溶胶-凝胶法制备的TiO_2仍为纯锐钛矿结构；光电子能谱和红外光谱分析表明，静电纺丝法制备的TiO_2中形成了晶格碳掺杂。 最后利用自行合成的多层平面TiO_2纳米纤维与共轭聚合物共混，制备出有序异质结杂化太阳能电池器件。对所制备的电池器件进行电流密度-电压特性测试，得出了活性层界面修饰、TiO_2热处理保温时间、有无TiO_2电纺纤维以及TiO_2溶胶-凝胶膜厚对器件性能具有一定影响。综合组织结构分析和光电性能测试得到最优器件结构为ITO玻璃/致密TiO_2（100nm）/多空隙TiO_2纤维（500℃热处理3h）/Z907/P3HT/MoO3/Al，最终获得0.42%的光电转换效率。本课题结果为制备其它类型共轭聚合物的杂化太阳能电池提供了重要参考依据，有望得到更高的器件效率。 【关键词】：太阳能电池 有机/无机杂化 二氧化钛 静电纺丝 溶胶凝胶
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 杂化太阳能电池国内外研究发展现状10-12
• 1.3 杂化太阳能电池光电转换机理12-15
• 1.4 杂化太阳能电池材料和结构15-17
• 1.4.1 共轭聚合物给体材料15-16
• 1.4.2 无机纳米晶受体材料16
• 1.4.3 杂化太阳能电池异质结结构16-17
• 1.5 杂化太阳能电池界面修饰17-18
• 1.5.1 电极修饰17-18
• 1.5.2 给体/受体界面修饰18
• 1.6 本论文选题思路及主要研究内容18-20
• 第2章 实验材料和方法20-29
• 2.1 实验试剂与设备20-21
• 2.2 实验方法21-29
• 2.2.1 溶胶-凝胶法制备 TiO_2致密薄膜21-24
• 2.2.2 静电纺丝法制备 TiO_2纤维24-25
• 2.2.3 材料的表征25-26
• 2.2.4 太阳能电池器件的制备26-27
• 2.2.5 膜厚测量27-28
• 2.2.6 太阳能电池器件的测试28-29
• 第3章 TiO_2的组织与结构分析29-48
• 3.1 扫描电镜及能谱分析29-36
• 3.1.1 TiO_2溶胶-凝胶膜的 SEM 分析29-31
• 3.1.2 TiO_2纳米纤维的 SEM 分析31-35
• 3.1.3 TiO_2两种制备方法的 EDS 分析35-36
• 3.2 X 射线粉末衍射分析36-40
• 3.2.1 溶胶-凝胶法制备 TiO_2的 XRD 分析36-38
• 3.2.2 静电纺丝法制备 TiO_2的 XRD 分析38-40
• 3.3 拉曼光谱分析40-42
• 3.3.1 溶胶-凝胶法制备 TiO_2的 Raman 分析40-41
• 3.3.2 TiO_2两种制备方法的 Raman 对比41-42
• 3.4 X 射线光电子能谱分析42-46
• 3.4.1 静电纺丝法制备 TiO_2的 XPS 分析42-44
• 3.4.2 C 掺杂机理分析44-46
• 3.5 红外光谱分析46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 TiO_2/聚合物杂化太阳能电池的光电性能48-63
• 4.1 活性层界面修饰对器件性能的影响48-52
• 4.1.1 活性层界面无修饰的器件性能分析48-49
• 4.1.2 加入活性层界面修饰的器件性能分析49-52
• 4.2 TiO_2热处理保温时间对器件性能的影响52-56
• 4.3 TiO_2电纺纤维对器件性能的影响56-59
• 4.4 TiO_2溶胶-凝胶膜厚对器件性能的影响59-61
• 4.5 本章小结61-63
• 结论63-64
• 参考文献64-70
• 致谢70

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

聚合物与纳米晶的杂化及性能优化    魏浩桐;杨柏;

聚合物光诱导电荷转移光电池的研究进展    邓先宇,俞钢,曹镛

无机/聚合物杂化纳米复合材料的研究综述    吕靖;

基于有机薄膜的太阳能电池材料与器件研究进展    密保秀;高志强;邓先宇;黄维;

纳米ZnO-共轭聚合物MEH-PPV异质结太阳能电池的制备和研究    周健伟;覃东欢;罗潺;韩丽丽;曹镛;

CuPc-PCTDA有机薄膜太阳电池性能模拟与结构优化    姜冰一;郑建邦;孙肖芬;王春峰;

有机太阳能电池材料的研究进展    段晓菲,王金亮,毛景,裴坚

热处理方式对聚合物太阳能电池光电特性的影响    陈雄;刘银春;阮凯斌;魏芬;刘佳;

Nylon6-TiO_2杂化超细纤维的制备与表征    韩晓建;黄争鸣;黄晨;何创龙;许云辉;王浩;

EuF_3纳米晶/PNIPAm复合水凝胶的制备及荧光温敏性能    宋秋生;杨洋;朱小飞;

基于聚芳醚的双色白光聚合物的合成与光物理及电致发光性能    卞春雷;江国新;程延祥;谢志元;王利祥;

单分散CdS纳米晶/PNIPAM复合水凝胶的制备及其温敏荧光特性    宋秋生;朱小飞;杨洋;

有机太阳能电池能量转化效率的提高思路    木丽萍;袁丹;环敏;陈志坚;肖立新;曲波;龚旗煌;

ZnO纳米结构/聚合物杂化太阳能电池的研究进展    郭颖;

ELECTROSPINNING OF CYCLODEXTRIN FUNCTIonALIZED CHITOSAN/PVA NANOFIBERS AS A DRUG DELIVERY SYSTEM    Maryam Bazhban;Mahdi Nouri;Javad Mokhtari;

纳米SiO_2/丙烯酸树脂复合乳液的耐刮伤性研究进展    樊武厚;张廷有;但卫华;李正军;

CdTe纳米晶/共轭聚合物复合薄膜的制备及光电性能研究    田雨辰;缪璐;甘礼华;刘明贤;朱大章;徐子颉;郝志显;陈龙武;

PEDOT:PSS薄膜的掺杂改性及其在有机太阳能电池中的应用研究    李蛟

窄带隙共轭聚合物的制备与光伏性能研究    邓丹

基于氧化石墨烯/聚合物光伏特性的研究    刘智勇

共轭聚电解质及氧化钼作为电极修饰层对聚合物太阳电池性能的影响    贺超

超高真空有机分子薄膜生长实时原位荧光显微方法与系统    鄢志丹

低能带隙、低HOMO能级的给/受体聚合物太阳能电池材料的设计、合成及光伏性能    张国兵

OPV单元为基础的光功能材料的合成及其性能研究    侯军

纳秒脉冲激光诱导单晶硅材料荧光效应的研究    刘春阳

无机半导体纳米晶/共轭聚合物复合材料的制备、表征以及复合组分间的光电作用的研究    方淳

具有光电特性的共轭聚合物/ZnO纳米复合材料的制备及其光学性能研究    蒋子江

铝离子掺杂氧化锌薄膜的溶胶—凝胶法制备及性能    贾波

有机小分子太阳电池阴极修饰的研究    李方馨

二氧化钛/染料/聚苯胺结构太阳能电池的制备与研究    容齐坤

聚合物光伏电池的性能优化及稳定性研究    王亚凌

苝酰亚胺光电聚合物的制备及其功能应用    马琮

含芴和8-羟基喹啉的聚合金属配合物的合成及光伏性能    张立荣

聚双环戊二烯/无机纳米粒子复合材料的制备与性能    郭永克

金属酞菁敏化太阳能电池性能研究    朱静燕

封孔处理纳米TiN涂层性能组织的研究    于洋

采用电极界面修饰的聚合物光伏电池性能研究    朱永祥

聚合物基纳米复合材料    宋国君,舒文艺

聚合物对硫化铅钠米微粒的稳定作用    高明远，杨毅，张广灿，边凤兰，杨柏，沈家骢

硫化镉钠米微粒在聚合物网络中的组装    黄金满，杨毅，杨柏，刘式墉，沈家骢

Sol-Gel法制备有机/无机纳米复合材料的进展    章永化,龚克成

聚合物改性中纳米复合新技术    贺鹏,赵安赤

聚酰胺/粘土纳米复合材料的制备、结构表征及性能研究    乔放,李强,漆宗能,王佛松

聚合物在纳米微粒制备中的应用    刘引烽,桑文斌,钱永彪,张荣群,袁伟军,史伟民,闵嘉华,王林军,陈培峰,彭小雷,华家栋

金属－有机聚合物复合薄膜研究进展    张兵临，张兰，马会中，毕兆琪，李运钧

高分子光电池研究进展    封伟,韦玮

有机—无机纳米复合材料的制备方法    洪伟良,刘剑洪,田德余,罗仲宽

染料敏化TiO_2太阳能电池的研究进展    冯蕾;程永清;秦华宇;罗东卫;

用印刷术生产太阳能电池的研究    李阳;

用印刷术生产太阳能电池的研究    李阳;

DSSC太阳能电池    白素贞;杨维春;

敏化介质对TiO_2纳米晶太阳能电池的影响    潘超,张松,乔庆东

太阳能电池用高纯硅的制法    秦孝保

太阳能异步发电系统的研究    杨顺昌

德国最大太阳能电池厂投产    德兴

国家太阳能电池示范工程落户保定    

巧妙利用太阳能的住宅    李有观;

太阳能电池输出特性的分析及检测    张海波;

太阳能电池表面纳米微结构研究    李美成;

有机染料锚数对染料敏化太阳能电池性能的影响    尚会霞;罗艳红;孟庆波;占肖卫;

量子点敏化太阳能电池--新材料的设计、制备及器件研究    李冬梅;罗艳红;孟庆波;

量子点敏化太阳能电池研究进展    刘铭;杨君友;冯双龙;朱虎;

高效染料钠晶TiO_2太阳能电池    黄昀昉;吴季怀;林建明;黄妙良;

太阳能电池应用    孟昭渊;

富铟与富铜CuInSe_2薄膜的光电性能    王信春;

谈太阳能路灯原理    胡昊伟;黄敏;

用于聚合物太阳能电池的高效共轭聚合物光伏材料    李永舫;

太阳能厂跨洋吸金 几家欢乐几家愁    黄女瑛 DigiTimes

太阳能电池级多晶硅光伏项目落户益阳    记者　 郭云飞 通讯员　 张世平

涉足太阳能光伏产业公司一览    詹铃

依靠太阳能的家庭    杨先碧

G风帆 太阳能电池新贵    天同证券 张锐

PE“新锐”王刚：太阳能行业的坚定支持派    本报记者 翁海华

行者集团利用太阳能获新突破    记者 张国伟

太阳能电池面临出口为主的尴尬    无暇

邱第明:中国最早太阳能企业的跌宕起伏    本报记者王颖春 采写

青海首条太阳能电池生产线投产    梁丽英

一维壳核式复合半导体杂化敏化太阳能电池的研究    孙宝

反型体异质结聚合物太阳能电池的研究    陶晨

有机/聚合物太阳能电池：活性层结构、形貌及光伏性能    薛丽丽

基于酞菁铜的太阳能电池的研究    刘一婷

反型聚合物太阳能电池的研究    李福民

聚合物太阳能电池中光吸收增强效应的研究    李国龙

聚光多结太阳能电池的设计、制备及可靠性研究    宋明辉

半透明聚合物太阳能电池的研究    徐洋

光活性层掺杂及新型透明电极在聚合物太阳能电池中的应用研究    章文峰

喷涂法制备聚合物太阳能电池器件研究    陈征

聚合物/ZnO杂化太阳能电池的制备    张路宁

基于太阳能的嵌入式路灯控制系统的研究与应用    刘春

聚合物/TiO_2的杂化薄膜和多层杂化微球的制备和性能    陈钱宝

利用不同阴极缓冲层改善有机小分子Pentacene/C_（60）太阳能电池的性能    刘瑞

用电化学阻抗谱研究染料敏化太阳能电池的电子传输与复合特性    和川

三芳基咪唑的富勒烯衍生物的合成及其在CdSe量子点太阳能电池的应用    赵爱婷

二氧化钛纳米薄膜的制备与杂化太阳能电池的研究    袁维维

太阳能电池CuInS_2薄膜和ZnS薄膜的制备与性能研究    张兴良

SCNTs和PPDIF应用于聚合物太阳能电池中的研究    白静璐

钨掺杂二氧化钛及其染料敏化太阳能电池研究    刘芳