一维纳米材料与光伏器件研究

【摘要】：晶体硅光伏电池是一类重要的太阳能光电转换器件,其关键的研究课题是如何提高电池的转换效率。近年来随着纳米科技的发展,发现具有特殊理化性质的纳米材料或技术可大幅提高晶硅光伏电池的性能。本论文研究了几种纳米结构技术在改善晶硅电池性能中的作用,采取的主要方法为减少反射、降低串并联电阻、改善表面/体钝化、减少表面复合等,提高了电池的转换效率。另外,为了利用碳原子链和石墨烯片改进光伏电池的结构,从理论上研究了其性质。研究工作取得了如下具体进展:首先,用电弧放电法制备了单壁碳纳米管并对其性能进行了表征。用旋涂技术将表面处理后的碳纳米管均匀涂覆在晶硅电池表面形成网状结构层。结果发现此网状结构层可大幅提高电池的各种性能,具体与碳纳米管的浓度和分散性有关。当碳管浓度为360tube/μm2时,电池的相对效率可提高3.92%,短路电流提高1.71%。主要原因是单壁碳纳米管具有高导电性和光吸收特性,网状结构具有陷光作用减少了光的反射,高导电性提高了载流子的表面传输性能提高(即降低了表面电阻),另外具有一维纳米结构的碳管在电池表面可产生激子效应,提高了光的利用率。由于Ni纳米线具有高导电性和稳定性,本论文用肼还原法在磁场诱导下制备了ni纳米线并进行了性能表征。用旋涂技术将表面处理后的ni线涂覆在晶硅电池表面,形成ni纳米线网状结构层。结果发现ni网状结构也可以提高电池性能,当浓度为200mg/m2时,电池的绝对效率提高0.75%,表面电阻下降5Ω/sq。可见,ni纳米线网状结构层在一定程度上降低表面电阻从而提高电池性能,但与碳管相比,因直径较大,表面有很多缺陷,以及分布均匀性的影响等,使得性能提高的幅度不大。采用射频溅射法在晶硅电池表面制备了掺杂al的zno(azo)纳米薄膜并进行了性能表征。发现azo纳米薄膜可提高晶硅电池的综合性能,当azo薄膜厚度约为100nm时,电池的绝对效率可提高0.67%,填充因子提高3.16%。这是由于azo薄膜与电池表面的sinx层形成了新型减反层,减少了光反射,同时其良好的导电性也提高了载流子的传输性能,降低了串联电阻,使得电池性能有所改善。采用第一性原理计算研究了石墨烯二维碳基纳米材料的性质与尺寸的关系,结果表明石墨烯纳米片的能隙随着尺寸的增加逐渐减小,室温下比热容也随尺寸的增加而减小。引入缺陷后,石墨烯纳米片的性质依赖于尺寸,缺陷比越高,影响越大。本文也模拟计算了碳原子链的电学、力学和热学性能。发现具有polyyne形态的一维碳原子链有极高的轴向强度(1304.19gpa),且表现为金属特性;另一种cumulene形态的碳原子链则具有半导体性质(eg=1.859ev)。掺杂硫原子的碳原子链的计算结果表明掺杂后的碳原子链也具有优异的物理特性,而且掺杂量会影响碳原子链的性质。这些理论计算结果表明,石墨烯纳米片和碳原子链都具有优异的物理特性,用于光伏电池后有望提高电池性能。 【关键词】：光伏电池 单壁碳纳米管 Ni纳米线 ZnO纳米线 碳原子链 石墨烯纳米片
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914;TB383.1
【目录】：

• 摘要6-9
• abstract9-15
• 第一章 绪论15-26
• 1.1 晶硅光伏电池简介15-21
• 1.1.1 晶硅光伏电池的发展15-16
• 1.1.2 晶硅电池的工作原理16-20
• 1.1.3 影响晶硅电池性能的主要因素20-21
• 1.2 纳米技术在晶硅电池中的应用21-24
• 1.2.1 纳米材料的特性及其在光伏电池中的应用21-22
• 1.2.2 纳米材料性能的理论计算方法22-24
• 1.3 一维纳米材料的特性及其在光伏电池中的应用研究24-25
• 1.4 本论文的主要研究内容25-26
• 第二章 单壁碳纳米管复合结构及其在晶硅电池中的应用研究26-35
• 2.1 碳纳米管简介26-28
• 2.1.1 碳纳米管的发现26
• 2.1.2 单壁碳纳米管的结构与性质26-28
• 2.2 单壁碳纳米管的制备及性能28-31
• 2.3 单壁碳纳米管晶硅复合结构电池的制备31-32
• 2.4 单壁碳纳米管晶硅复合结构电池的性能研究32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 Ni纳米线的制备及其在晶硅电池中的应用研究35-41
• 3.1 Ni纳米材料简介35
• 3.2 Ni纳米线的肼还原法制备及表征35-36
• 3.3 Ni纳米线晶硅复合结构电池的制备36-38
• 3.4 Ni纳米线晶硅复合结构电池的性能研究38-41
• 3.5 本章小结41
• 第四章 Zn O纳米线/膜的制备及其在晶硅电池中的应用研究41-54
• 4.1 ZnO纳米材料简介41-42
• 4.2 ZnO纳米线的制备42-44
• 4.3 ZnO纳米线阵列的低温熏蒸法制备及性能表征44-47
• 4.3.1 ZnO纳米线阵列的制备44-45
• 4.3.2 ZnO纳米线阵列的理论分析45-47
• 4.4 ZnO薄膜的射频磁控溅射制备及性能表征47-48
• 4.5 纳米ZnO晶硅复合结构电池的制备48-49
• 4.6 纳米ZnO晶硅复合结构电池的性能研究49-53
• 4.7 本章小结53-54
• 第五章 碳原子链及石墨烯纳米片性能的理论模拟54-68
• 5.1 碳原子链54-63
• 5.1.1 碳原子链简介54-55
• 5.1.2 碳原子链的模拟计算方法55-57
• 5.1.3 碳原子链的力、热、电性能的理论计算结果57-60
• 5.1.4 掺杂S的碳原子链理论计算方法及结果60-63
• 5.2 石墨烯纳米片63-67
• 5.2.1 石墨烯简介63
• 5.2.2 石墨烯纳米片的理论模拟计算方法63-65
• 5.2.3 石墨烯纳米片的电、热性能的理论计算结果65-67
• 5.3 本章小结67-68
• 第六章 全文总结与展望68-72
• 6.1 主要结论68-71
• 6.1.1 单壁碳纳米管晶硅复合结构电池68
• 6.1.2 Ni纳米线晶硅复合结构电池68-69
• 6.1.3 纳米ZnO晶硅复合结构电池69
• 6.1.4 ZnO纳米线及纳米线阵列69-70
• 6.1.5 碳原子链与石墨烯纳米片70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文82

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

什么是准一维纳米材料?    李斌,沈路涛

什么是准一维纳米材料?    

有机一维纳米材料合成的研究领域取得重要进展    陈荣

上海硅酸盐所一维纳米材料研究取得重要进展    

准一维纳米材料的研究现状    刘文成;蔡伟;孟祥龙;

离子液体在一维纳米材料制备中的应用    谭琳;白慧萍;陈雅倩;杨光明;卢旭晓;杨云慧;

一维纳米材料的合成与应用    徐小勇;胡学兵;施卫国;向芸;

一维纳米材料的合成与制备    李振林;

一维纳米材料定向排布技术的研究进展    胡林;陈长鑫;张亚非;

一维纳米材料排列方法的研究进展    潘亚武;相文峰;刘琨;赵昆;张鹏;

准一维纳米材料的研究及特性    黄在银;柴春芳;

一维纳米材料中的新效应和新功能    张立德;张玉刚;

水热合成一维纳米材料    周晓峰;杨小勤;赵永男;

一维纳米材料的制备方法研究    李俊寿;许并社;郭焕升;李靓;王建江;

氧化镁一维纳米材料的研制及其场发射性能研究    龚力;邓少芝;陈军;许宁生;

电纺丝技术在一维纳米材料制备中的应用    王策;

导电基底上直接生长一维纳米材料及其场发射性能研究    吴强;胡征;

搅拌下一维纳米材料的界面组装    李倩倩;贺继香;薛胜男;韦维;付昱;

一维纳米材料的ECR-CVD方法制备    王志;巴德纯;蔺增;曹培江;

碳纳米管及Ⅲ族氮化物一维纳米材料的生长、结构和场发射性能研究    胡征;

一维纳米材料与纳米器件    范守善

氧化铝一维纳米材料液相法制备研究    杨琪

微波辅助法合成碳化硅一维纳米材料及其性质的研究    尉国栋

基于钨和钛的一维纳米材料的水热合成及性质研究    曹广胜

硼和硼化物一维纳米材料的制备与表征    杨青

金属氧化物一维纳米材料制备与性能研究    邹强

基于AFM的一维纳米材料操纵及力学特性测试技术    吴森

SnO_2一维纳米材料的制备、表征以及特性研究    赵鹤云

SiC一维纳米材料的合成、性能、机理及量产化工艺研究    张猛

一维纳米材料的生长机理、结构调控及性能研究    何承雨

铜及其化合物一维纳米材料的合成与性能研究    宫俊琰

使用高频感应炉制备多种一维纳米材料    钱炳建

一维纳米材料与光伏器件研究    张耀中

C_（60）基一维纳米材料的制备及性能研究    孙健

稀土化合物一维纳米材料的合成与表征    张宁

一维纳米材料的合成、表征及性质研究    黄阳

钽铌酸钾一维纳米材料的合成、微结构及光学性能研究    陶毅博

几种一维纳米材料的超声水合法合成与表征    王培培

电纺丝合成一维纳米材料及其在电化学中应用    胡松

氧化物一维纳米材料的液相合成及表征    朱路平

几种一维纳米材料的制备、表征和性能研究    王芸