Cr-TiO2-P3HT異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備及其光伏特性研究.pdf

1、無機(jī)半導(dǎo)體-有機(jī)聚合物太陽能電池是一類以無機(jī)半導(dǎo)體和有機(jī)共軛聚合物復(fù)合體系作為光活性層的太陽能光伏器件。且因其具有材料來源廣泛、可設(shè)計性強(qiáng)、制備工藝簡單、可大面積成膜和柔性加工等優(yōu)點而成為近年來人們非常關(guān)注的熱點研究領(lǐng)域之一。二氧化鈦(TiO2),作為該類電池最常采用的寬帶隙無機(jī)半導(dǎo)體材料,如何拓寬其可見光譜響應(yīng)范圍與響應(yīng)能力,進(jìn)而提高光伏器件的光吸收效率是該領(lǐng)域的一個重要研究方向。本學(xué)位論文以此為切入點,以TiO2/P3HT異質(zhì)結(jié)太陽

2、能電池為研究對象,在簡要綜述了改性TiO2最新研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)總結(jié)了筆者在攻讀碩士學(xué)位期間,選擇采用金屬陽離子(Cr3+)為摻雜劑,嘗試通過優(yōu)化Cr3+摻雜濃度與光活性層結(jié)構(gòu)參數(shù)等措施來提高聚合物太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的系列研究工作。論文所述及的研究內(nèi)容和主要研究結(jié)果包括以下兩個方面:
　　1.采用溶膠-凝膠法,成功制備出了Cr3+摻雜TiO2(Cr-TiO2)納米薄膜。利用SEM、XRD、XPS、紫外-可見分光光度計等表征

3、手段,深入研究了樣品的形貌結(jié)構(gòu)、物相、組成以及光學(xué)特性。研究發(fā)現(xiàn)Cr3+摻雜量對薄膜的晶相結(jié)構(gòu)及光吸收特性均有較大影響;基于系列不同摻雜量的Cr-TiO2納米薄膜,組裝并研究了FTO/Cr-TiO2/P3HT/Cu異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換特性。結(jié)果表明,Cr3+摻雜不僅有利于增加電池的短路電流密度和填充因子,而且能夠通過摻雜量對電池的開路電壓進(jìn)行大范圍調(diào)控(0.42至0.99V),使電池效率(0.65％)較未摻雜時(0.07%)

4、提高近9倍。這歸因于Cr3+摻雜不僅能夠擴(kuò)展TiO2的光吸收范圍,而且能夠提升TiO2的費米能級。
　　2.采用溶膠-凝膠法,利用聚乙二醇2000(PEG2000),成功制備了多孔結(jié)構(gòu)的Cr-TiO2納米薄膜,并實現(xiàn)了PEG2000含量對Cr-TiO2薄膜多孔結(jié)構(gòu)及其光透射特性的有效調(diào)制;對基于該多孔Cr-TiO2納米薄膜組裝的FTO/Cr-TiO2/P3HT/Cu異質(zhì)結(jié)光伏特性的研究結(jié)果表明,隨PEG2000含量的增加,Cr-T