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聚乙二醇表面修饰氧化锌量子点的制备及其光伏应用

来源:论文学术网
时间:2024-08-19 04:04:09
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聚乙二醇表面修饰氧化锌量子点的制备及其光伏应用【摘要】:有机无机杂化太阳能电池是一种新型太阳能电池,将有机共轭材料的空穴传输能力与无机材料的电子传输能力结合在一起,材料来源广泛,且

【摘要】:有机无机杂化太阳能电池是一种新型太阳能电池,将有机共轭材料的空穴传输能力与无机材料的电子传输能力结合在一起,材料来源广泛,且基本可以实现液态加工,具有很大的研究价值和应用前景。但是有机无机杂化太阳能电池的影响因素较多,如材料的选择、器件的结构设计、工艺路线的优化等,亟需更深入的研究以提高电池的效率。一般无机半导体材料激子束缚能较低,不能使载流子形成有效的传输。氧化锌(ZnO)具有电子亲和势高、激子束缚能大、电子迁移率高等优点,可以使载流子扩散更远的距离,非常具有研究与应用价值。另外,ZnO形貌易控、制备工艺简单、来源广泛,因此本文选用ZnO量子点作为杂化太阳能电池的受体材料,以得到光电性能更好的有机无机杂化太阳能电池。 本文采用溶胶-凝胶法制备ZnO量子点,通过对其工艺参数的优化,并添加聚乙二醇(PEG-2000)对其进行表面修饰。通过一系列的测试方法(扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、紫外-可见光谱、红外光谱等测试分析)对所得ZnO量子点的结构成分、形貌及光学性能分析得出,当Zn(Ac)2·2H2O与KOH的摩尔比例为1:1.7,Zn(Ac)2·2H2O的浓度为0.1mol·L-1时所得到的ZnO量子点纯净、尺寸较小(9.5nm),且尺寸稳定性较好。但不添加表面修饰剂下合成的ZnO量子点表面具有许多缺陷,具有很高的表面活性能而易于发生团聚,PEG表面修饰后的ZnO量子点表面缺陷态发射随PEG-2000添加量的增加而降低,当添加0.2g PEG表面修饰剂时,可得到尺寸更小(7.5nm)、尺寸稳定性更好、分散更均匀的PEG表面修饰ZnO量子点。 通过对ZnO/P3HT体系杂化太阳能电池器件的性能研究表明,活性层表面形貌受ZnO所占比例及活性层界面性能影响,通过调节ZnO的含量并对其进行表面修饰有效改善了其表面形貌,提高其并联电阻以减缓器件的漏电情况。通过优化ZnO添加量可以使器件的效率达到0.12%;再用PEG-2000对活性层界面进行修饰可以有效地提高器件性能,当PEG的质量分数为4.6%时,相比于未添加PEG-2000短路电流、开路电压及填充因子分别提升了8.3%、69.7%和27.8%,器件性能得到了明显的改善,光电转换效率达到0.46%。 【关键词】:太阳能电池 有机无机杂化 氧化锌 表面修饰 溶胶-凝胶法
【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】:2013
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 绪论9-20
  • 1.1 课题研究背景及意义9-11
  • 1.2 有机无机杂化太阳能电池简介11-14
  • 1.2.1 有机无机杂化太阳能电池结构及原理11-12
  • 1.2.2 有机无机杂化太阳能电池的重要特性12-14
  • 1.3 ZnO 量子点的性质及应用14-15
  • 1.3.1 ZnO 量子点的性质14-15
  • 1.3.2 ZnO 量子点的表面修饰及应用15
  • 1.4 ZnO 量子点及其在杂化太阳能电池上的应用15-19
  • 1.4.1 ZnO 量子点的研究现状15-16
  • 1.4.2 ZnO/P3HT 杂化太阳能电池的研究现状16-19
  • 1.5 本文的主要研究内容19-20
  • 第2章 材料及器件的制备和表征20-29
  • 2.1 引言20
  • 2.2 实验试剂与仪器20-21
  • 2.3 ZnO 量子点及 ZnO/P3HT 体系器件的制备21-25
  • 2.3.1 ZnO 量子点的制备21-23
  • 2.3.2 ZnO/P3HT 体系太阳能电池的制备23-25
  • 2.4 ZnO 量子点及太阳能电池性能的表征方法25-28
  • 2.4.1 ZnO 量子点的性能表征方法25-27
  • 2.4.2 ZnO/P3HT 体系器件性能的表征方法27-28
  • 2.5 本章小结28-29
  • 第3章 ZnO 量子点的制备工艺研究29-44
  • 3.1 引言29
  • 3.2 反应物比例对 ZnO 量子点的影响29-31
  • 3.2.1 反应物比例对 ZnO 量子点光学性能的影响29-31
  • 3.2.2 反应物比例对 ZnO 量子点成分的影响31
  • 3.3 反应物浓度对 ZnO 量子点的影响31-37
  • 3.3.1 反应物浓度对 ZnO 量子点结构的影响32-33
  • 3.3.2 反应物浓度对 ZnO 量子点光学性能的影响33-35
  • 3.3.3 反应物浓度对 ZnO 量子点形貌的影响35-37
  • 3.4 表面修饰剂 PEG-2000 对 ZnO 量子点的影响37-43
  • 3.4.1 PEG 对 ZnO 量子点结构及成分的影响37-39
  • 3.4.2 PEG 对 ZnO 量子点光学性能的影响39-41
  • 3.4.3 PEG 对 ZnO 量子点形貌的影响41-43
  • 3.5 本章小结43-44
  • 第4章 ZnO/P3HT 杂化太阳能电池的性能研究44-54
  • 4.1 引言44
  • 4.2 活性层的配比对器件性能的影响44-49
  • 4.2.1 活性层的比例对其形貌的影响45-46
  • 4.2.2 活性层的配比其光学性能的影响46-47
  • 4.2.3 活性层的配比对器件光电性能的影响47-49
  • 4.3 表面修饰对器件性能的影响49-53
  • 4.3.1 表面修饰对活性层表面形貌的影响50-51
  • 4.3.2 表面修饰对器件性能的影响51-53
  • 4.4 本章小结53-54
  • 结论54-55
  • 参考文献55-63
  • 致谢63


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