基于硫化鎘(CdS)納米結(jié)構(gòu)的有序本體異質(zhì)結(jié)雜化太陽能電池.pdf

1、有機(jī)太陽能電池，特別是聚合物太陽能電池由于質(zhì)量輕、柔性高、成本低、可溶液加工，已經(jīng)成為科學(xué)界和工業(yè)界研究的熱點(diǎn)。從1958年第一個(gè)肖特基結(jié)有機(jī)太陽能電池制備出來到現(xiàn)在，有機(jī)太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)已經(jīng)經(jīng)歷了雙層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、本體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，開始向有序本體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)邁進(jìn)。目前，有序本體異質(zhì)結(jié)作為一種理想的器件構(gòu)型，最容易實(shí)現(xiàn)的體系便是基于無機(jī)納米線/棒陣列結(jié)構(gòu)的有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池。但是這類雜化電池的能量轉(zhuǎn)換效率仍然普遍偏低。其中急需解決的問

2、題主要有無機(jī)納米陣列結(jié)構(gòu)和晶體質(zhì)量的優(yōu)化、聚合物在納米陣列間的填充、有機(jī)無機(jī)界面自耦合及改善等問題。盡管如此，這類雜化電池相對(duì)于全有機(jī)太陽能電池往往會(huì)呈現(xiàn)出截然不同的空氣穩(wěn)定性。因此本文將從有序本體異質(zhì)結(jié)雜化器件的實(shí)現(xiàn)、有機(jī)無機(jī)界面改善及雜化電池穩(wěn)定性等方面進(jìn)行研究。
　　 本文第一章綜述了有機(jī)太陽能電池的基本知識(shí)、有機(jī)太陽能電池器件結(jié)構(gòu)的演化歷史、有序本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的實(shí)現(xiàn)方法及基于無機(jī)納米陣列的有序本體異質(zhì)結(jié)雜化太陽能電

3、池的最新研究進(jìn)展。
　　 第二章我們通過電化學(xué)沉積法同步調(diào)控制備了表面準(zhǔn)有序的納米針葉化CdS薄膜，并通過空間電荷限制電流法及denBoer法研究了熱退火前后CdS薄膜的電荷傳輸性能。最后，我們將表面納米針葉化CdS薄膜與聚3-已基噻吩(P3HT)復(fù)合制備了準(zhǔn)有序的有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池，取得了0.057％的能量轉(zhuǎn)換效率。
　　 鑒于有機(jī)無機(jī)復(fù)合界面在雜化太陽能電池中的重要性，第三章我們采用N719染料對(duì)CdS納米棒陣列

4、表面進(jìn)行修飾。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)N719染料對(duì)CdS納米棒表面的陷阱態(tài)進(jìn)行了有效淬滅、同時(shí)引入的N719染料作為CdS納米棒和聚合物界面間的電荷傳輸過渡層和偶極層，有效改善了有機(jī)無機(jī)界面的激子分離和電荷傳輸，抑制了自由載流子的反向復(fù)合，同時(shí)也使整個(gè)器件的傳輸性能、復(fù)合損耗得到了極大改善。最終使得器件的短路電流、開路電壓、填充因子及能量轉(zhuǎn)換效率均得到了大幅提升。N719修飾后器件的能量轉(zhuǎn)換效率從0.031％提高到了0.243％。
　　 在第

5、四章我們以CdS納米棒陣列/聚苯乙烯撐(MEH-PPV)有序復(fù)合體系為載體，研究了基于CdS納米棒陣列結(jié)構(gòu)的雜化電池的空氣穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)此類雜化電池隨著其在空氣中暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，器件的各項(xiàng)性能指標(biāo)均發(fā)生明顯提升。15天后器件的能量轉(zhuǎn)換效率提高了11倍。我們通過一系列的熒光、電荷傳輸分析揭示了CdS納米棒表面電子陷阱與空氣中的氧相互作用的機(jī)理。這一機(jī)理和MEH-PPV-氧相互作用共同貢獻(xiàn)于器件的空氣穩(wěn)定性，而且這兩種機(jī)制對(duì)于器件空氣穩(wěn)定性的