纳米ZnO在有机溶剂中的分散处理及其在有机太阳电池中的应用

发布时间：2017-06-18 22:06

  本文关键词：纳米ZnO在有机溶剂中的分散处理及其在有机太阳电池中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着全球光伏产业的快速发展,以及日益严重的环境问题,有机薄膜太阳电池受到人们广泛关注。与单晶硅、多晶硅以及多晶体薄膜太阳电池相比,有机薄膜太阳电池具有溶液可加工性、成本低、柔性、环保等优点,所以从长远来看,有机薄膜太阳电池将会成为光伏电池的主流产品。当前,有机薄膜太阳电池的光电性能远比无机太阳电池低。因此,如何提高有机太阳电池的光电性能值得研究。其中,纳米ZnO由于具有光透率高、环境稳定性好、制备简便、成本低、结晶温度低、载流子迁移率高以及能够显著提高有机太阳电池光电效率等优点得到了广泛研究。本文采用低温溶剂热法,合成出粒径大小为4nm左右的纳米ZnO粒子,运用溶解度参数理论将其分散在有机溶剂中制成ZnO溶液。最后,用此ZnO溶液制造出倒置有机太阳电池器件和正置有机太阳电池器件。具体研究工作如下：(1)采用低温溶剂热法在65℃温度下合成出了粒径为4nm左右的纳米ZnO粒子,通过X射线衍射仪(XRD)分析了其物相、透射电镜(TEM)表征了ZnO的形貌大小。然后运用溶解度参数理论,总结出一种溶解度参数的数学计算方法,并将其应用到纳米ZnO粒子的分散实验中。用PL光谱、紫外光谱仪、原子力显微镜(AFM)测试方法对分散处理之后的ZnO薄膜表征,找到了最佳的溶剂配比,同时也验证了溶解度参数数学计算方法的正确性。通过这种方法,我们提供了一种简便、高效率、环保的配置无机纳米有机溶液的方法,为后面制作有机太阳电池以及共混太阳电池提供了最佳的纳米ZnO有机溶液。(2)利用溶解度参数理论方法制备出了一种简便的新ZnO电子传输层,并将其应用于倒置有机薄膜太阳电池中,制备出了高效率的电池器件。该方法不需要其他类似表面活性剂材料修饰ZnO纳米粒子,而仅仅是通过运用溶解度参数理论调节ZnO纳米溶液的极性与非极性溶剂比例及种类来制备出较好质量的ZnO纳米薄膜。通过原子力显微镜(AFM)测试,可知所制备的ZnO电子传输层薄膜具有较低的粗糙度和较高致密度。该薄膜应用于倒置器件,能够显著降低倒置器件漏电流、降低并联电阻、促进电子收集,而最终提高了电池器件效率。优化后的ZnO薄膜作为电子传输层的器件的最高的光电转换效率PCE为2.55%。(3)利用有机溶剂共混的方法制备出了简便的正置有机无机杂化太阳电池器件。所制备的以P3HT:ZnO薄膜作为杂化活性层体系的器件的开路电压最好达到0.61V,填充因子最好达到0.46,器件的光电转换效率PCE为0.6%。通过对P3HT薄膜以及共混结构P3HT:ZnO薄膜的透射光谱分析可知,随着ZnO的加入,吸收光谱在600 nm处出现明显的肩峰。另外,使用ZnO作为电子传输层时,在真空蒸镀电极Al的过程中,形成了Al-ZnO晶格相,这种结构对电子的收集是有益的。
【关键词】：氧化锌 有机太阳电池 电子传输层 溶解度参数
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;O614.241
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-25
• 1.1 太阳电池的研究背景和发展现状14-16
• 1.2 太阳电池的基本原理和表征分析16-20
• 1.2.1 太阳电池的基本原理16-17
• 1.2.2 太阳电池的表征17-19
• 1.2.3 太阳电池的等效电路19-20
• 1.3 有机聚合物薄膜太阳电池20-21
• 1.4 纳米ZnO作为电子传输层在有机聚合物薄膜太阳电池中的应用21-23
• 1.4.1 ZnO在正置结构中的界面作用21-22
• 1.4.2 ZnO在倒置结构中的界面作用22
• 1.4.3 ZnO界面修饰的实验方法22-23
• 1.5 纳米ZnO作为受体材料在有机聚合物薄膜太阳电池中的应用23-24
• 1.6 本论文的研究内容24-25
• 第二章 纳米ZnO的制备、表征以及其在有机溶剂中的分散25-39
• 2.1 前言25-26
• 2.2 纳米ZnO粒子的制备26-28
• 2.2.1 实验设备与试剂26-27
• 2.2.2 纳米ZnO粒子的合成27-28
• 2.3 溶解度参数28-29
• 2.4 纳米ZnO在二元混合溶剂下的溶解度参数问题29-31
• 2.5 纳米ZnO粒子的分散及薄膜的制备31-32
• 2.6 结果与讨论32-38
• 2.6.1 纳米ZnO粒子的形貌表征(TEM)32-33
• 2.6.2 纳米ZnO的XRD表征33-34
• 2.6.3 纳米ZnO的PL光谱34-35
• 2.6.4 ZnO薄膜的表面粗糕度（AFM)表征35-37
• 2.6.5 ZnO薄膜的吸收和透射光谱37-38
• 2.7 本章小结38-39
• 第三章 分散处理的纳米ZnO作为阴极修饰层在倒置有机太阳电池中的应用39-50
• 3.1 前言39-40
• 3.2 实验部分40-43
• 3.2.1 实验仪器与试剂40-41
• 3.2.2 器件的制备41-42
• 3.2.3 器件的测试42-43
• 3.3 结果与讨论43-49
• 3.3.1 器件结构与能级图43-44
• 3.3.2 甲醇与二氯苯不同配比分散ZnO的器件性能分析44-47
• 3.3.3 四组混合溶剂分散ZnO的器件性能分析47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 分散处理的纳米ZnO作为电子受体在正置有机太阳电池中的应用50-59
• 4.1 前言50-51
• 4.2 实验部分51-53
• 4.2.1 实验仪器与试剂51
• 4.2.2 器件的制备51-53
• 4.2.3 器件的测试53
• 4.3 结果与讨论53-58
• 4.3.1 器件结构与能级图53-54
• 4.3.2 ZnO与P3HT分层结构异质结正置结构器件54-55
• 4.3.3 ZnO与P3HT共混结构异质结正置结构器件55-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-69
• 攻读学位期间发表的论文69-71
• 致谢71

【参考文献】

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本文编号：460938