近紅外光響應(yīng)的柔性纖維狀光伏電池-設(shè)計(jì)、組裝以及光電性能測(cè)試.pdf

1、柔性纖維狀光伏電池具有質(zhì)量輕、生產(chǎn)制造成本低，可編織性等優(yōu)點(diǎn)，近年來吸引人們的關(guān)注。但是，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)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(duì)太陽(yáng)光譜的利用率低等。
　　本論文設(shè)計(jì)出一種近紅外光響應(yīng)的柔性纖維狀光伏電池，將稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料引入纖維狀光伏電池中，不僅能提高其對(duì)近紅外光的吸收能力，同時(shí)可以拓展纖維電池在生物電源領(lǐng)域中的應(yīng)用。該電池的組裝分為以下四個(gè)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(zhì)材料，拉制出具有上轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換發(fā)光玻璃纖維用作近紅外光響應(yīng)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(zhuǎn)鍍膜技術(shù)在上轉(zhuǎn)換發(fā)光玻璃纖維上制備了導(dǎo)電層ITO，分析了工藝中工作壓強(qiáng)、濺射功率、氧分壓以及濺射時(shí)間對(duì)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(shù)。所制備的ITO薄膜經(jīng)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(cè)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(zhuǎn)換發(fā)光的導(dǎo)電玻璃纖維上有序生長(zhǎng)ZnO納米棒陣列薄膜，首先利用磁控濺射設(shè)備濺射一層ZnO納米晶薄膜作為晶種層，然后采用化學(xué)溶液法在晶種層上生長(zhǎng)ZnO納米棒陣列，經(jīng)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(zhǎng)方向，對(duì)于高取向的納米棒陣列的制備有直接關(guān)系，同時(shí)也探討了化學(xué)溶液法的生長(zhǎng)時(shí)間對(duì)納米棒陣列生長(zhǎng)的影響。隨后以這種長(zhǎng)有ZnO納米棒陣列的玻璃纖維作為本論文所設(shè)計(jì)的近紅外光響應(yīng)的纖維狀光伏電池的光學(xué)陽(yáng)極。
　　第四步:將所制備的光學(xué)陽(yáng)極浸泡于N719染料中進(jìn)行敏化，以超細(xì)鉑絲（直徑0.025mm）作為對(duì)電極，將主電極與對(duì)電極相互接觸穿入透明毛細(xì)管內(nèi)（直徑1mm），并利用毛細(xì)現(xiàn)象注入電解質(zhì)，最終完成論文所設(shè)計(jì)的近紅外光響應(yīng)

5、的纖維狀光伏電池的組裝。
　　實(shí)驗(yàn)所組裝的光伏器件在AM1.5，100mW/cm2的標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)模擬器下進(jìn)行光電性能測(cè)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(shí)驗(yàn)所組裝的光伏電池作為實(shí)物模型證明了所設(shè)計(jì)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(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景。