基于硫化鎘(CdS)納米結構的有序本體異質結雜化太陽能電池.pdf

1、有機太陽能電池，特別是聚合物太陽能電池由于質量輕、柔性高、成本低、可溶液加工，已經成為科學界和工業(yè)界研究的熱點。從1958年第一個肖特基結有機太陽能電池制備出來到現(xiàn)在，有機太陽能電池的器件結構已經經歷了雙層異質結結構、本體異質結結構，開始向有序本體異質結結構邁進。目前，有序本體異質結作為一種理想的器件構型，最容易實現(xiàn)的體系便是基于無機納米線/棒陣列結構的有機無機雜化太陽能電池。但是這類雜化電池的能量轉換效率仍然普遍偏低。其中急需解決的問

2、題主要有無機納米陣列結構和晶體質量的優(yōu)化、聚合物在納米陣列間的填充、有機無機界面自耦合及改善等問題。盡管如此，這類雜化電池相對于全有機太陽能電池往往會呈現(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結雜化器件的實現(xiàn)、有機無機界面改善及雜化電池穩(wěn)定性等方面進行研究。
　　 本文第一章綜述了有機太陽能電池的基本知識、有機太陽能電池器件結構的演化歷史、有序本體異質結太陽能電池的實現(xiàn)方法及基于無機納米陣列的有序本體異質結雜化太陽能電

3、池的最新研究進展。
　　 第二章我們通過電化學沉積法同步調控制備了表面準有序的納米針葉化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)復合制備了準有序的有機無機雜化太陽能電池，取得了0.057％的能量轉換效率。
　　 鑒于有機無機復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CdS納米棒陣列

4、表面進行修飾。實驗發(fā)現(xiàn)N719染料對CdS納米棒表面的陷阱態(tài)進行了有效淬滅、同時引入的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，有效改善了有機無機界面的激子分離和電荷傳輸，抑制了自由載流子的反向復合，同時也使整個器件的傳輸性能、復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、填充因子及能量轉換效率均得到了大幅提升。N719修飾后器件的能量轉換效率從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)有序復合體系為載體，研究了基于CdS納米棒陣列結構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間的延長，器件的各項性能指標均發(fā)生明顯提升。15天后器件的能量轉換效率提高了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理。這一機理和MEH-PPV-氧相互作用共同貢獻于器件的空氣穩(wěn)定性，而且這兩種機制對于器件空氣穩(wěn)定性的