学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示
BiOI/Bi2S3和Bi2S3/P3HT异质结薄膜的制备、表征及其光电转换性能研究
作 者: 方铭清
导 师: 张礼知;郑直
学 校: 华中师范大学
专 业: 物理化学
关键词: BiOI/Bi2S3 Bi2S3/P3HT 光电化学 异质结 有机无机杂化 太阳能电池
分类号: TQ135.32
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
下 载: 1次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
内容摘要
BiOI是一种能带宽度适中、价格低廉和环境友好的p型半导体材料,它已经被广泛用于光催化降解污染物、电化学储氢和光电化学太阳能电池。之前的BiOI基光电化学太阳能电池效率都比较低,其中一个原因就是BiOI受光激发后电子和空穴没有得到有效分离。为了提高电子空穴对的分离效率,我们在本文中首次利用低温液相法制备了Bi2S3纳米球修饰的BiOI纳米片阵列BiOI/Bi2S3异质结薄膜,该方法操作简单、能耗低。我们通过XRD、SEM、TEM、XPS对薄膜的结构、形貌和组分进行了表征,结果表明所制备的异质结中BiOI为单晶结构,而Bi2S3为无定型结构。我们还通过Raman光谱、UV-vis吸收光谱、I-V、IPCE和SPV性能测试对薄膜的光学和电学性能进行了研究,结果表明异质结形成后薄膜的吸光范围得到拓宽、吸光度增加。反应适当时间形成的BiOI/Bi2S3异质结薄膜组装成光电化学太阳能电池后,能量转换效率较单独BiOI基电池效率提高一倍以上。性能最好的异质结电池短路电流密度为0.65mAcm-2,开路电压为0.50V,填充因子为0.40,能量转换效率为0.36%。通过对机理的分析我们可以得出:异质结电池光电性能的改善主要归因于载流子分离效率的提高和异质结薄膜光吸收的增加。液态光伏电池中存在电解液易泄漏、电解液会腐蚀对电极等缺点,因此科学家们近年来正在大力发展全固态太阳能电池,特别是有机-无机杂化太阳能电池(兼具无机纳米晶带隙可调、多光子效应、高介电常数和有机聚合物高消光系数、可液相合成等优点)。液态的染料敏化太阳能电池也正在向全固态电池转变。本文中我们还以直接带隙宽度为1.3eV的层状结构半导体Bi2S3作为电子传输层、具有高场效应空穴迁移率(约0.1cm2V-1s-1)的有机聚合物P3HT作为空穴传输层制备了Bi2S3/P3HT有机-无机杂化太阳能电池,它们的能级匹配,有利于载流子的分离和传输。Bi2S3薄膜的制备采用了交替溶液浸渍法,所制备的Bi2S3纳米球直径在20-50nm之间。通过对Bi2S3薄膜生长次数的优化,我们得到了短路电流密度为0.405mAcm-2开路电压为0.155V,填充因子为0.29,能量转换效率为0.0183%的电池。石墨烯的载流子迁移率高,是常温下导电性能最好的材料,其添加可以有效提高聚合物薄膜的导电率。我们在P3HT溶液中添加了2wt%的石墨烯,光电性能测试结果表明添加了石墨烯的电池能量转换效率得到显著提高,达到了0.0491%。本文的主要创新点有以下3个:1)整个BiOI/Bi2S3和Bi2S3/P3HT异质结薄膜的制备过程在低温条件进行,能耗低;以水溶液作为反应体系,没有用到有毒、有害或者昂贵试剂,合成得到的产物也无毒无害,对环境友好;无需使用其他助剂如表面活性剂等,操作简单方便,具有反应条件温和、反应周期短、得到的薄膜均匀、能够大面积制备的优点。2) Bi2S3在BiOI纳米片薄膜上原位生长,能够均匀地覆盖在BiOI表面,形成数量众多的BiOI/Bi2S3异质结,在增加吸光度的同时还可以增加载流子的分离效率,有效提高光的吸收效率和载流子的分离效率,使其光电转换效率大幅提高,最高可达到0.36%;同时避免了传统粉体物质成膜过程中引起的颗粒团聚、微观结构破坏、杂质引入、高温退火、机械稳定性差容易脱落等一系列问题;3)BiOI/Bi2S3异质结电池所使用的基底为ITO/PET柔性基底,可采用成卷连续生产等技术,便于大面积生产,降低生产成本。
|
全文目录
摘要 6-8 Abstract 8-12 第一章 绪论 12-23 1.1 研究背景 12-13 1.2 光电化学太阳能电池(PECs) 13-16 1.2.1 染料敏化太阳能电池 14-15 1.2.2 量子点敏化太阳能电池(QDSSCs) 15-16 1.2.3 非敏化PECs 16 1.3 有机-无机杂化太阳能电池 16-19 1.3.1 进展 16-17 1.3.2 分类 17 1.3.3 电池原理 17-19 1.4 电池性能表征 19-21 1.5 本论文选题依据及主要研究内容 21-23 第二章 BiOI/Bi_2S_3异质结薄膜的低温制备、表征及其光电转换性能研究 23-46 2.1 引言 23-24 2.2 实验部分 24-27 2.2.1 实验试剂与仪器 24-25 2.2.2 薄膜的制备 25-26 2.2.3 薄膜的表征 26 2.2.4 电池的组装和光电转换性能测试 26-27 2.3 结果与讨论 27-44 2.3.1 ITO/PET柔性基底亲水性能优化 27-28 2.3.2 XRD分析 28-30 2.3.3 SEM分析 30-31 2.3.4 TEM、HRTEM和SAED分析 31-32 2.3.5 Raman光谱和XPS分析 32-35 2.3.6 UV-vis光谱分析 35-36 2.3.7 光电性能测试 36-38 2.3.8 光电性能变化的机理 38-44 2.4 本章小结 44-46 第三章 Bi_2S_3/P3HT异质结薄膜的制备、表征及其光电转换性能研究 46-59 3.1 引言 46-48 3.2 实验部分 48-51 3.2.1 实验试剂与仪器 48 3.2.2 薄膜的制备 48-50 3.2.3 薄膜的表征 50 3.2.4 电池的组装和光电转换性能测试 50-51 3.3 结果与讨论 51-58 3.3.1 Bi_2S_3薄膜制备方法的选择 51-53 3.3.2 薄膜生长次数对电池性能的影响 53-57 3.3.3 P3HT溶液中石墨烯的添加对电池性能的影响 57-58 3.4 本章小结 58-59 第四章 结论与展望 59-61 参考文献 61-68 作者攻读硕士学位期间待发表论文和申请专利情况 68-69 致谢 69
|
相似论文
- 磷酸盐修饰对纳米TiO2光电化学性质影响研究,TB383.1
- 吡啶类金属配合物电子光谱和氧化还原性质的理论研究,O627
- 基于N-芳基咔唑窄带隙聚合物的合成与光伏性能,O626.2
- 聚合物基功能性材料的制备与性能,TB34
- TiO2/SrO核壳结构纳米线阵列的制备与表征及其在DSSC中的应用,TB383.1
- 微小卫星电源系统及相关地面试验设备的研究,V416.8
- 基于TiO2的染料敏化太阳能电池研究,TM914.4
- 用于太阳能电池板缺陷检测的数码相机性能测试研究,TM914.4
- 非晶硅/晶硅异质结太阳能电池制备技术的研究,TM914.4
- 硅衬底上AlGaN/GaN异质结材料的生长研究,TN304.05
- 新型钨酸铋可见光催化剂的制备改性及降解低浓度甲苯性能研究,O643.3
- ZnSe/Si异质结纳米线的研究,TB383.1
- 季铵盐壳聚糖及其复合膜的研制与性能评价,TB383.2
- 利用局域表面等离子体效应增强多孔硅的发光及增强太阳能电池效率研究,O539
- 不同维度半导体电子态之间隧穿机制的研究,O471.1
- 氢化纳米硅薄膜硅量子点光电流响应调控,O471.1
- CoTCPP/TiO2纳米复合材料的制备、表征及在可见光诱导下的应用,TB383.1
- 薄膜型WO3/Cu2O复合光催化剂的制备与应用,O643.36
- 硅基薄膜太阳电池的数值模拟,TM914.4
- 规整性3-取代聚噻吩电子给体的制备及特性探讨,O633.3
- 二氧化钛的化学修饰及其光电化学研究,O614.411
中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 金属元素的无机化合物化学工业 > 第Ⅴ族金属元素的无机化合物 > 锑主族(ⅤA族)元素的无机化合物 > 铋的无机化合物
© 2012 www.xueweilunwen.com
|