纳米ZnO/聚合物双层结构太阳能电池的制备与性能研究

【摘要】： 无机纳米晶/聚合物异质结有机太阳能电池既利用了无机纳米晶载流子迁移率高、化学稳定性好的优点,又保留了高分子材料良好的柔韧性和可加工性以及吸收系数高的特点,逐渐成为当今太阳能电池领域研究的热点。 本论文主要以ZnO纳米材料和聚合物复合体系为研究对象,研究了ZnO/MEH-PPV以及ZnO/P3HT两种双层太阳能电池器件的光伏特性,对比了ZnO纳米晶层对器件光伏性能的影响,主要内容如下: 1.用X射线粉末衍射(XRD)以及透射电子显微镜(TEM)对所使用的ZnO纳米材料的结构和尺寸进行了表征。对比了纯MEH-PPV薄膜以及MEH-PPV/ZnO复合薄膜的吸收光谱,发现复合薄膜的吸收明显宽化,并且在ZnO纳米晶的吸收峰位置有明显的吸收。并在此基础之上采用旋涂的方法以MEH-PPV与ZnO纳米材料作为活性层制备了聚合物/纳米晶双层太阳能器件:ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV/ZnO/A1。发现MEH-PPV/ZnO双层太阳能器件的短路电流以及能量转换效率较纯MEH-PPV器件有明显的提高,说明ZnO纳米晶层的引入有利于界面处的激子解离和载流子传输。同时还制备了ITO/PEDOT:PSS/ZnO/MEH-PPV/A1,结果发现该器件的效率较单层MEH-PPV器件有较大降低,这可能是由于在无机纳米晶和聚合物界面处形成了偶极层的缘故。 2.比较了不同退火温度对MEH-PPV/ZnO双层太阳能器件的光伏性能的影响,发现提高器件的退火温度会对器件的光伏性能有较大改善,这可能是由于聚合物在高温下晶化,形成了更多有序的区域,从而使得复合薄膜更加缜密的缘故。不同退火温度下原子力显微镜薄膜(AFM)的结果证明了上述结论,AFM结果表明提高退火温度会使得MEH-PPV/ZnO复合薄膜更加平滑。 3.用聚合物P3HT与ZnO纳米晶为活性层制备了P3HT/ZnO分层复合太阳能电池器件ITO/PEDOT:PSS/P3HT/ZnO/A1,发现器件的短路电流和能量转换效率较纯P3HT器件有较大提高,进一步证明了ZnO纳米晶层的引入能够提高器件的光伏性能。同时我们还发现,P3HT/ZnO双层太阳能电池器件的效率较MEH-PPV/ZnO器件有提高,这可能是由于聚合物链的构成不同造成的。说明聚合物的结构不同对太阳能电池器件的效率有较大影响 【关键词】：聚合物 ZnO纳米晶 双层器件 光伏特性
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 有机太阳能电池的基本工作原理11-13
• 1.2 有机太阳能电池的等效电路及性能参数13-16
• 1.2.1 等效电路13-14
• 1.2.2 性能参数14-16
• 1.3 有机太阳能电池的研究进展16-18
• 1.4 有机太阳能电池存在的问题18-19
• 2 无机纳米晶-聚合物异质结太阳能电池19-23
• 2.1 无机纳米晶-聚合物异质结太阳能电池的工作原理19-20
• 2.2 无机纳米晶-聚合物异质结太阳能电池的研究进展20-22
• 2.3 本论文的主要工作22-23
• 3 纳米ZnO/MEH-PPV双层结构光伏器件的研究23-35
• 3.1 引言23-24
• 3.2 纳米ZnO的制备与表征24-25
• 3.2.1 X射线衍射谱图(XRD)24-25
• 3.2.2 透射电子显微镜(TEM)图25
• 3.3 纳米ZnO/MEH-PPV双层结构太阳能电池器件的制备25-27
• 3.4 纳米ZnO/MEH-PPV双层结构太阳能电池器件的测试27-34
• 3.4.1 膜的表面形貌27-28
• 3.4.2 光伏性能的测试28-32
• 3.4.3 退火对器件光伏性能的影响32-34
• 3.5 本章总结34-35
• 4 基于纳米ZnO/P3HT的双层结构太阳能电池35-42
• 4.1 引言35
• 4.2 基于ZnO纳米晶-P3HT的双层结构的太阳能电池器件35-41
• 4.2.1 器件的制备35-36
• 4.2.2 ZnO纳米晶/P3HT双层薄膜的吸收光谱36-37
• 4.2.3 光伏性能的测试37-39
• 4.2.4 热退火对器件光伏性能的影响39-41
• 4.3 本章总结41-42
• 5 结论42-43
• 参考文献43-47
• 作者简历47-49
• 学位论文数据集49

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