硅基微纳结构与暴露（001）面锐钛矿二氧化钛纳米材料的制备研究

发布时间：2020-08-06 17:24

【摘要】：硅/有机杂化太阳能电池(Silicon-based inorganic/Organic Hybrid Solar Cells,简写为SOHCs)结合了晶硅太阳能电池和有机太阳能电池的优势,成为近几年来研究的热点,而硅基微纳结构的引入能有效减少器件的反射强度,增大有机物与硅基材料的接触面积,从而利于器件性能的提高。另一方面,高暴露(001)面锐钛矿二氧化钛(TiO_2)由于其高表面能而具有较高的光催化活性,在光催化、太阳能电池等领域具有潜在的应用。为此,本论文系统的研究了SOHCs中硅基微纳结构的制备,同时成功制备高暴露(001)面锐钛矿TiO_2薄膜并开展了表面特性的相关测定工作,最后,初步拓展二种材料在SOHCs电池中的应用探索。本论文主要开展了以下工作:1.采用水浴法,在碱性环境中成功制备了金字塔型硅基纳米材料,为SOHCs太阳能电池的结合组装奠定了基础。实验结果表明,当C_(KOH)=0.10 mol/L,C_(IPA)=0.10mol/L,T=80℃时反应20 min,可以获得尺寸均匀,缺陷较少,结构完整,分布均衡且反射率较低的金字塔型Si基材料。2.采用金属辅助化学刻蚀法,在金字塔结构表面制备纳米线,构成金字塔/纳米线的复合结构。结果表明,金字塔表面纳米线长度随着刻蚀时间增长而增加且其反射率降低,但过长的刻蚀时间又会破坏金字塔整体结构而导致反射率上升,并且改变H_2O_2的浓度会使纳米线的生长方向发生变化。在三种不同硅基微纳结构器件的电流密度-电压测试中,硅金字塔/纳米线复合结构器件的短路电流密度最高,也证明了其较高的陷光能力和较高的光电转换效率。3.采用水热法,在FTO基底上制备暴露(001)表面锐钛矿TiO_2薄膜。XRD、和SEM结果表明4h反应时长得到的锐钛矿TiO_2表面{001}晶面比例最高。由于单层结构的电极未达到饱和光电流状态,采用复合溶胶-凝胶法和水热法制备了以暴露(101)表面致密的TiO_2膜为衬底的双层结构电极(简称A001),有效克服电解液通过TiO_2颗粒间隙与FTO表面的直接接触,从而实现饱和光电流的产生。4.初步探索了具有不同官能团的芳香族有机物在锐钛矿TiO_2(001)表面的吸附降解过程,类似的慢反应常数表明,在光催化降解过程中,苯环主要被光电催化水中产生的羟基自由基的降解。但差异较大的快反应常数证明其界面反应能力与有机官能团在(001)表面吸附能强弱有关,首次采用光电化学法在实验上证明了理论计算中不同官能团化合物与(001)表面吸附能的强弱,带有羧基的芳香族化合物在(001)表面具有更强吸附能力。实验结果可以推测,当高暴露(001)锐钛矿TiO_2纳米材料作为缓冲层应用于SOHCs中,添加羧基有机化合物分子可增加异质界面接触能力而提高电子传输效率。
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ134.11;TM914.4
【图文】：

SOHCs电池结构与电子传输示意图

不同背接触的n-Si基太阳能电池的能级结构：(a)n-Si/Al;(b)n-Si/TiO2/AlFig.1.3Bandgapalignmentsofthen-typesiliconsolarcellswithdifferentrearcontacts

(a)锐钛矿TiO2晶体的原子结构和(b)通过伍尔夫构型预测的锐钛矿TiO2的平衡形态（左）及经过一些修饰可能产生的锐钛矿TiO2形态（右）

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 赵晓辉;蔡佳林;高江旭;马晓燕;杨少鹏;;碳酸铯阴极缓冲层对有机太阳电池器件性能的影响[J];人工晶体学报;2014年11期

本文编号：2782728