基于溶液法的无机/有机光伏材料及其器件研究

【摘要】：光伏器件的溶液法制备,具有易操作、低成本、低能耗等优点而备受关注,有望在光伏器件市场中占有较大的份额。当前对光伏器件的研究内容主要集中在提高光伏器件的转换效率、降低生产成本、提高器件的稳定性以及减少大规模生产对环境造成的不良影响。本文针对光伏器件的溶液法制备展开了研究。首先介绍了光伏器件的发展历程、溶液法制备光伏器件的研究现状、光伏器件的工作原理和基本结构以及性能表征等内容,然后针对器件的制备工艺进行了探索,旨在用无毒低温的方法实现高效光伏器件的制备,进一步揭示器件工作机理。论文主要研究内容分为如下三个方面。第一,研究了铜锌锡硫(CZTS)化合物薄膜光伏器件的各层薄膜的制备方法,摒弃了传统的使用高温硫化(或者硒化)处理,旨在用低温溶液法制备出CZTS光伏器件,这样能够降低工艺难度,有利于实现低成本、低能耗、大面积的生产。其中,吸收层CZTS材料的制备时首次采用了无毒溶剂聚乙二醇,CdS薄膜通过易操作的化学浴沉积法制得。之后对光伏器件进行了表征测试,证明了CZTS的光伏特性。第二,研究了CZTS光伏器件的窗口层材料ZnO薄膜。初步探索了不同形貌的ZnO薄膜的制备方法,为CZTS器件效率的改善做好准备工作。其中,在水热法制备ZnO薄膜时,针对氨水浓度、溶剂以及基片预处理对ZnO薄膜的影响进行了探索研究。第三,研究了聚合物光伏器件,对器件的关键制备工艺进行了探索和改良,包括PEDOT:PSS的稀释研究、乙醇再旋涂处理的研究、活性层溶剂挥发时间的研究以及PEDOT:PSS层最佳旋涂条件的探索。在此基础上,进而研究了基于新给体材料ZKTM以及目前研究较少的受体材料N-Graphene的光伏器件,并对其进行了表征分析。 【关键词】：光伏器件 溶液法制备 铜锌锡硫 聚合物 氧化锌
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究背景和意义8-9
• 1.2 光伏器件的概述9-11
• 1.3 溶液法制备光伏器件的研究现状11-14
• 1.3.1 化合物CZTS薄膜光伏器件11-12
• 1.3.2 聚合物光伏器件12-14
• 1.4 本论文的主要工作14-16
• 第二章 光伏器件的工作原理、结构及性能表征16-26
• 2.1 光伏器件的工作原理16-18
• 2.2 光伏器件的基本结构18-21
• 2.3 光伏器件的制备工艺21-22
• 2.4 光伏器件的性能参数及测试系统22-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 CZTS光伏器件的溶液法制备与测试26-34
• 3.1 p型材料CZTS的制备及表征26-29
• 3.1.1 热注入法制备CZTS纳米粒子27
• 3.1.2 CZTS材料的表征27-29
• 3.2 n型材料CdS薄膜的制备及表征29-31
• 3.2.1 化学浴沉积法制备CdS薄膜29-30
• 3.2.2 CdS薄膜的形貌表征30-31
• 3.3 CZTS光伏器件的溶液法制备、表征及分析31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 CZTS电池窗口层材料ZnO薄膜的探索研究34-41
• 4.1 水热法制备ZnO薄膜34-39
• 4.1.1 氨水浓度对ZnO薄膜的形貌影响34-36
• 4.1.2 溶剂对ZnO薄膜的形貌影响36-38
• 4.1.3 基片预处理对ZnO薄膜的形貌影响38-39
• 4.2 SILAR方法制备ZnO薄膜39-40
• 4.3 本章小结40-41
• 第五章 聚合物光伏器件的研究41-53
• 5.1 聚合物光伏器件制备工艺的研究41-48
• 5.1.1 PEDOT:PSS的稀释研究41-44
• 5.1.2 乙醇再旋涂处理44-45
• 5.1.3 溶剂挥发时间的研究45-47
• 5.1.4 PEDOT:PSS旋涂条件的调整47-48
• 5.2 基于其它材料的聚合物光伏器件48-52
• 5.2.1 基于新给体材料ZKTM的聚合物光伏器件48-50
• 5.2.2 基于N-Graphene的聚合物光伏器件50-52
• 5.3 本章小结52-53
• 第六章 总结与展望53-55
• 6.1 总结53-54
• 6.2 创新点54
• 6.3 展望54-55
• 参考文献55-58
• 附录1攻读硕士学位期间撰写的论文58-59
• 附录2攻读硕士学位期间申请的专利59-60
• 附录3攻读硕士学位期间参加的科研项目60-61
• 致谢61

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