近紅外光響應的柔性纖維狀光伏電池-設計、組裝以及光電性能測試.pdf

1、柔性纖維狀光伏電池具有質量輕、生產制造成本低，可編織性等優(yōu)點，近年來吸引人們的關注。但是，目前國內外對纖維狀光伏電池的研究還處于起步階段，仍存有一些問題，例如不能有效吸收近紅外光、對太陽光譜的利用率低等。
　　本論文設計出一種近紅外光響應的柔性纖維狀光伏電池，將稀土上轉換發(fā)光材料引入纖維狀光伏電池中，不僅能提高其對近紅外光的吸收能力，同時可以拓展纖維電池在生物電源領域中的應用。該電池的組裝分為以下四個步驟。
　　第一步:首先

2、采用鐿鉺雙摻作為稀土激活離子、碲酸鹽玻璃作為基質材料，拉制出具有上轉換發(fā)光的玻璃纖維作為纖維狀光伏電池的襯底材料，該種玻璃纖維具有很好的柔性，可以大幅度彎曲，在980nm激光器的激發(fā)下可發(fā)出肉眼可見的綠色光。隨后以這種上轉換發(fā)光玻璃纖維用作近紅外光響應的纖維狀光伏電池的襯底。
　　第二步:通過射頻磁控濺射的旋轉鍍膜技術在上轉換發(fā)光玻璃纖維上制備了導電層ITO，分析了工藝中工作壓強、濺射功率、氧分壓以及濺射時間對薄膜透過率以及電阻率

3、的影響，確定最優(yōu)的濺射工藝參數。所制備的ITO薄膜經SEM表征得知，薄膜致密，顆粒均一度高，尺寸在30nm左右，薄膜厚度均勻，在300nm左右。通過四探針儀測試得知，其電阻率為1.2×10-4Ωm。
　　第三步:采用兩步法在上述上轉換發(fā)光的導電玻璃纖維上有序生長ZnO納米棒陣列薄膜，首先利用磁控濺射設備濺射一層ZnO納米晶薄膜作為晶種層，然后采用化學溶液法在晶種層上生長ZnO納米棒陣列，經過SEM表征得知，晶種層的制備可以約束Zn

4、O納米棒的生長方向，對于高取向的納米棒陣列的制備有直接關系，同時也探討了化學溶液法的生長時間對納米棒陣列生長的影響。隨后以這種長有ZnO納米棒陣列的玻璃纖維作為本論文所設計的近紅外光響應的纖維狀光伏電池的光學陽極。
　　第四步:將所制備的光學陽極浸泡于N719染料中進行敏化，以超細鉑絲（直徑0.025mm）作為對電極，將主電極與對電極相互接觸穿入透明毛細管內（直徑1mm），并利用毛細現象注入電解質，最終完成論文所設計的近紅外光響應

5、的纖維狀光伏電池的組裝。
　　實驗所組裝的光伏器件在AM1.5，100mW/cm2的標準太陽模擬器下進行光電性能測試，得到開路電壓(VOC)為343mV，短路電流密度(JSC)為0.01mA/cm2，，填充因子(FF)為28％。暗室下在功率為1W的980nm激光器的照射下有最大輸出功率0.007μW。
　　本實驗所組裝的光伏電池作為實物模型證明了所設計的纖維狀光伏電池在原理上具有可行性，顯示出其在生物電源領域廣闊的應用前景。