电化学法制备聚3,4-乙撑二氧噻吩构建硅-有机杂化光伏电池

发布时间：2020-05-04 11:58

【摘要】：太阳能作为洁净可再生的绿色能源是目前有效解决能源危机、环境污染等严重问题的途径之一。太阳能电池是一种可以直接将光能转变为电能的装置,目前已受到人们的广泛重视。硅-有机杂化太阳能电池因结合了有机物可溶液制备与加工的特点以及可兼容传统硅工业的特性而引起了科学家们的广泛兴趣。在诸多有机物薄膜中,因聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)具有高导电性、良好透光性等特性,使得硅/PEDOT:PSS光伏电池成为科学家们的研究热点。但硅/PEDOT:PSS电池的稳定性比较差,其原因在于PEDOT:PSS薄膜中-PSS结构具有很强的吸水性,导致膜的性能不稳定,同时加速硅表面氧化层的形成,且PEDOT:PSS溶液酸性强,会在制备过程中易损伤硅表面。硅纳米线阵列(SiNWs)具有优异的陷光性和电荷传输性能,被广泛应用于高效、低成本的硅/PEDOT:PSS杂化太阳能电池的制备,但SiNWs结构密集,不利于具有较大分子结构的PEDOT:PSS溶液的渗透。且SiNWs比表面积大,表面缺陷态多,严重遏制了SiNWs/PEDOT:PSS杂化太阳能电池性能。为此,本论文采用简单且成本低的电化学法聚合制备PEDOT薄膜,构建了一系列的硅/PEDOT杂化太阳能电池并对其改性,旨在提高器件稳定性和效率,主要研究工作如下:1.实验采用恒电流法,在平面硅表面电化学聚合PEDOT薄膜,并初次构建了平面硅/PEDOT杂化太阳能电池。实验研究了不同电镀时间对薄膜以及电池性能的影响,并在此基础上对硅/PEDOT杂化电池进行了一系列的改性。研究发现,当PEDOT薄膜经过H_2PtCl_6乙醇溶液处理后,平面硅/PEDOT杂化电池的转换转换效率能达到7.36%。效率的提高主要是因为H_2PtCl_6高温加热生成了高功函的Pt纳米颗粒,增加了PEDOT膜的功函数,同时降低了薄膜的方块电阻,这两者均有利于改善电荷在电池中分离和传输。与传统的硅/PEDOT:PSS杂化太阳能电池相比,硅/PEDOT杂化电池在空气中放置10天后效率仍能保持原来的90%,表现出更好的稳定性,为制备低成本、高效、稳定的硅-有机杂化电池提供了可能。2.实验采用简单的且对人体无害的物理超声方法来控制SiNWs的稀疏程度,该方法不仅能减少SiNWs的比表面积,降低SiNWs的表面缺陷态,还能保持SiNWs良好的陷光性。当SiNWs超声10min时SiNWs性能最好。利用EDOT单体体积小易渗透到纳米线底部的优点,在SiNWs表面电镀PEDOT膜,制备了SiNWs/PEDOT杂化太阳能电池,测试结果显示,电池的效率只有4.25%,远低于平面硅/PEDOT太阳能电池,其原因在于电镀的PEDOT在SiNWs表面成膜性较差,极大的限制了电池的转化效率。3.由于电镀PEDOT膜在SiNWs表面成膜性差,实验在PEDOT薄膜表面旋涂了一层PEDOT:PSS薄膜,以提高电池的转化效率,实验结果发现电池的转化效率可以提高到13.1%,而实验制备的传统的SiNWs/PEDOT:PSS电池转换效率只有10.7%,电池的转化效率增加了22.4%(10.7%vs 13.1%),其原因在于电镀PEDOT膜能有效改善SiNWs和PEDOT:PSS薄膜的界面接触,极大的降低了电池的串联电阻。这为制备高效的SiNWs杂化太阳能电池提供了一种新方法。
【图文】：

曲线,曲线,电池,入射光

江苏大学硕士学位论文PCE = = = 可以看出，PCE 与电池 Voc、 Jsc和 FF 均有关，只要知2），根据电池 J-V 曲线就能算出 PCE。子效率（EQE）也是衡量电池器件性能好坏的一个重是太阳能电池器件将入射光光子转换成外部电流的能复合情况。公式表示为:E = × 100% =1240× ( 2 ) ( 2 ) ( )× 100% ， λ 表示入射光波长；表示器件中注入的光的电子数。

太阳能电池,单晶硅,电池

与太阳能光谱很匹配，光吸收波长可达 1160nm，因换效率较高。1999 年澳大利亚新南威尔士大学公布的在标池的光电转换效率就已达到 24.7%[17]，非常接近其理论极 2015 年实验室报道的电池最高转换效率为 25.6%[9]。晶硅的技术，而且硅材料无毒无害且性质稳定，因此被大规模的提升和相关技术的成熟，晶硅电池成本也在相应的下降太空发展到人们的日常生活中。由于多种电池改性技术的面制绒和表面钝化技术，目前商业化晶硅电池的效率已突同一时间点，松下和美国 SunPower 公司已经独立认证了率分别为 25.6%和 25.2%。国内天合光能最近报道的晶硅然晶硅太阳能电池较其他光伏电池具有较大的商业竞争力造工艺复杂，制备条件苛刻，，消耗较大的人力物力，成本晶和非晶硅太阳能电池也被研究和应用。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O633.5;TM914.4

【参考文献】