薄膜太陽能電池關(guān)鍵材料及其性能的相關(guān)基礎(chǔ)研究.pdf

1、進(jìn)入二十一世紀(jì),能源短缺和環(huán)境污染是人類面臨的兩大難點(diǎn)問題,清潔的可再生能源的研究和開發(fā)已成為可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。太陽能由于具有清潔、廉價、高效、永不衰竭等特點(diǎn),成為今后人類能源發(fā)展的主要方向之一。作為把太陽能轉(zhuǎn)換為電能的有效器件,太陽能電池的發(fā)展迅速,已經(jīng)成為世界上備受關(guān)注的新興朝陽產(chǎn)業(yè)。目前,改進(jìn)太陽能電池材料的制備工藝,降低制作成本,提高太陽能電池的光伏轉(zhuǎn)換效率,是有關(guān)科技工作者不斷努力的方向。 本論文總結(jié)了太陽能電池種類及

2、其組成結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展,開展了染料敏化太陽能電池應(yīng)用和半導(dǎo)體薄膜太陽能電池材料制備方面的基礎(chǔ)研究。利用X射線衍射(XRD),掃描電子顯微鏡(SEM),紫外-可見吸收光譜(UV-vis)等表征手段對電池材料的微觀結(jié)構(gòu)形貌和光學(xué)性能進(jìn)行了分析,采用電流-電壓曲線、入射光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)、循環(huán)-伏安(CV)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)等技術(shù)測試了其電池性能。主要內(nèi)容如下： (1)采用絲網(wǎng)印刷(Screen-Printing)方法制備了

3、納米晶TiO2多孔膜電極。以聯(lián)吡啶釕絡(luò)合物(N3)作敏化劑,鉑薄膜為對電極,組裝了染料敏化TiO2納米晶光電化學(xué)電池,并對其制作工藝進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。 (2)從納米晶多孔半導(dǎo)體電極的界面工程學(xué)出發(fā),在研究TiO2納米晶多孔膜電池的光電性質(zhì)以及光生電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理的基礎(chǔ)上,設(shè)計了BaTiO3/TiO2、BaCO3/TiO2復(fù)合納米晶半導(dǎo)體電極。研究了不同金屬化合物對染料敏化太陽能電池性能的影響。光電化學(xué)測試結(jié)果表明：通過堿土金屬化合

4、物層的修飾,能夠增加薄膜表面染料的吸附量,形成表面動力學(xué)勢壘、減少表面態(tài)、抑制TiO2電極表面光生電子與空穴的復(fù)合,從而大大改善電池的光電轉(zhuǎn)換性能,光電化學(xué)電池的轉(zhuǎn)化效率明顯提高。BaTiO3的修飾使電池的光電轉(zhuǎn)換效率從5.46％提高到7.52％；BaCO3修飾后的電池光電轉(zhuǎn)換效率從5.62％提高到8.25％。 (3)采用低溫溶液化學(xué)控制合成CuInSe2薄膜太陽電池材料,對其組成結(jié)構(gòu)、尺寸及維度進(jìn)行控制。采用乙二胺-乙醇混合溶