纳米光阳极材料的制备及在太阳电池中的应用
文献类型：学位论文
| 作者 | 陶俊超 |
| 答辩日期 | 2010-01-11 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 戴宁 |
| 关键词 | 介孔tio2薄膜 介孔tio2-zno薄膜 Zno微球 光阳极 纳米晶太阳电池 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 作为纳米晶太阳电池的关键和核心之一，光阳极材料的改善和优化对进一步提高纳米晶太阳电池的效率和降低成本具有重要意义。本文旨在提高纳米晶太阳电池的光伏性能，通过光阳极光收集效率的研究和优化，探索和发展应用于纳米晶太阳电池的新型高效光阳极材料。1. 采用化学模板法，制备了大比表面积和孔径分布均一的介孔TiO2膜。结合多次旋涂和快速退火工艺，解决了传统方法制备介孔TiO2厚膜的难题，且膜厚可以在几百纳米至十几微米范围内可调。将介孔TiO2膜作为光阳极应用到纳米晶太阳电池中，其单色光光电转换效率（IPCE），电流电压曲线（IV），电化学阻抗谱（EIS）的研究结果表明：介孔TiO2纳米晶太阳电池在可见光范围具有良好的光电转换能力；在模拟太阳光源AM1.5下电池的总光电转换效率可达5.5 %；介孔TiO2光阳极的电子有效寿命τeff约为333 ms，电子有效扩散系数约为2.46×10-6 cm2 s-1。2. 研究了介孔TiO2光阳极厚度及热处理温度对光伏电池性能的影响。结果表明光伏电池的短路电流密度和总光电转换效率随介孔TiO2光阳极厚度的增加先增加后降低。当介孔TiO2光阳极的厚度为6-7 μm时，光伏电池的短路电流密度和总光电转换效率最大。随着介孔TiO2光阳极热处理温度的升高，纳米晶太阳电池的开路电压增加，短路电流密度和总光电转换效率先增加后降低，光生电子在电极中的复合阻抗先降低后增加。当介孔TiO2光阳极热处理温度为500 ℃，电池的光伏特性最佳。3. 发展了一种既具有大比表面积也具有良好光散射的新型光阳极。在介孔TiO2光阳极中引入亚微米TiO2微球，有效的增强了介孔TiO2/微球光阳极的光散射特性，增加了光阳极的光收集效率，从而优化了电池的光伏特性。当介孔TiO2光阳极厚度为3.2 μm时，亚微米TiO2微球的引入使得电池的光电转换效率增加了11 %。4. 获得了介孔TiO2-ZnO复合薄膜，研究了自组装和旋涂工艺中前驱溶液的变化对复合薄膜组分、结构和形貌及光学特性的变化。随着前驱体溶液中Zn2＋浓度的增加，复合膜中ZnO含量增加，介孔结构的有序性降低，孔径减小，光学禁带宽度增加。5. 利用溶剂热合成法，研究了ZnO空心微球的制备、结构调控及形成机理。ZnO微球的空心结构是由嵌段聚合物所形成的囊泡诱导ZnO定向生长和排列而成，微球大小可在250 nm至3-4 μm范围内调控，形貌可根据溶剂热温度控制。3 μm厚的ZnO微球光阳极对应的电池的短路电流密度为4.5 mA•cm-2, 开路电压为602 mV，总光电转换效率约为1.28%。 |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5182]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陶俊超. 纳米光阳极材料的制备及在太阳电池中的应用[D]. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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