基于ZnO纳米阵列的有机/无机混合太阳能电池的制备与表征

摘要

本文利用射频磁控溅射技术在掺锡氧化铟(ITO)玻璃上生长了ZnO籽晶层，并利用水热法在籽晶层上生长了ZnO纳米阵列，并利用阵列制备了有机/无机混合太阳能电池。在研究过程中，主要完成了如下几方面的工作:
　　在射频磁控溅射生长的ZnO籽晶层上用水热法生长了结晶质量较好、择优取向性好、长度与间距适中的ZnO纳米阵列，并对其生长条件进行了优化。我们发现以硝酸锌粉末和六亚甲基四胺粉末为原料时，聚四氟乙烯反应釜中物料浓度为0.05mol/L、保温温度为95℃、保温时间90min时，得到的ZnO纳米阵列的形貌最为理想。并且通过XRD测试我们发现其结晶性和取向性较好。
　　在ZnO纳米阵列上旋涂了聚-3己基噻吩(P3HT)有机物，并镀上MoO3和Al电极，成功制备了基于ZnO纳米阵列的有机/无机混合太阳能电池，并对其制备条件进行了优化。我们发现旋涂之前ZnO纳米阵列的退火和旋涂后P3HT层的退火对电池的性能均有显著的提高作用。我们还发现了旋涂P3HT的最优条件为500rpm下旋涂1min，过高或者过低的转速都会影响器件的性能。
　　用CdSe量子点对基于ZnO纳米阵列的有机/无机混合太阳能电池进行了敏化，并分析了其原理。我们使用有机物巯基丙酸(MPA)将CdSe量子点接枝到ZnO纳米线表面，并用紫外-可见分光光度计(UV-vis)验证了接枝的成功。我们发现CdSe的引入对器件的性能有显著的提高。我们通过UV-vis分析和荧光光谱(PL)分析，确定了CdSe对ZnO纳米阵列和P3HT的界面上的激子分离过程具有有效的促进性能，这是CdSe量子点能够提高器件性能的关键。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 传统太阳能电池

1．1．1 太阳能的意义

1．1．2 太阳能电池的工作原理及发展现状

1．1．3 太阳能电池的分类及其优势与挑战

1．2 染料／量子点敏化太阳能电池

1．2．1 染科敏化太阳能电池

1．2．2 量子点敏化太阳能电池

1．3 ZnO半导体材料及其在太阳能电池中的应用

1．3．1 ZnO半导体材料的结构特性

1．3．2 ZnO半导体材料的电学特性

1．3．3 ZnO半导体材料的光学特性

1．3．4 ZnO半导体材料的压电性能

1．3．5 ZnO薄膜的制备

1．3．6 ZnO的掺杂

1．3．7 ZnO在发光器件中的应用

1．4 本文的立题思路和研究内容

第二章 实验设备及原理、器件制备及性能表征

2．1 实验设备与方法

2．1．1 磁控溅射

2．1．2 ZnO纳米线的制备

2．1．3 太阳能电池器件的制备

2．2 性能表征手段

第三章 ZnO纳米阵列的制备与优化

3．1 物料浓度对ZnO纳米阵列的形貌的影响

3．2 保温时间对ZnO纳米阵列的形貌的影响

3．3 保温温度对ZnO纳米阵列的形貌的影响

3．4 ZnO纳米阵列的XRD测试

3．4 本章小结

第四章 ZnO纳米阵列太阳能电池的原理、表征及优化

4．1 ZnO纳米阵列有机／无机太阳能电池的原理

4．2 ZnO纳米阵列有机／无机太阳能电池的常用表征参数

4．3 ZnO纳米阵列有机／无机太阳能电池的制备过程优化

4．3．1 制备过程中的退火处理优化

4．3．2 P3HT有机物层的旋涂速度优化处理

4．4 本章小结

第五章 ZnO纳米阵列太阳能电池的有机／无机界面修饰

5．1 量子点的合成与引入

5．1．1 量子点的合成

5．1．2 量子点的引入

5．2 量子点修饰效果

5．2．1 量子点修饰后的器件性能

5．2．2 量子点修饰效果的分析与讨论

5．3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果