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太阳能是一种清洁能源。传统的硅太阳能电池具有效率高,稳定性好的优点,但是高纯硅的提炼成本高昂且污染严重,很难大规模普及应用。环保的太阳能电池就成为一种迫切的需求。有机太阳能电池是一种利用有机或高分子半导体材料制备的薄膜太阳能电池,具有重量轻,可弯曲,成本低等特点,但是光电转换效率和使用寿命还不是很高,使得它无法进入实际应用。为了解决有机材料载流子迁移率低的缺点,有人提出将无机纳米粒子掺杂入有机导电高分子材料中,制成有机-无机复合太阳能电池,以期待其能够同时具有有机太阳能电池重量轻、成本低的优点和无机太阳能电池载流子迁移率高的优点。到目前为止,该类电池的效率还不是很高,这主要和两相之间的相分离以及载流子传导差有关。
本论文共分五章。第一章主要是对太阳能电池技术的综述,全面介绍了当今太阳能利用的几种方法和太阳能电池的发展情况。然后对太阳能电池的基本参数和测试方法做了介绍。最后针对现在复合太阳能电池研究中遇见的问题提出了自己的看法。
第二章介绍了导电高分子MEH-PPV的合成以及基本的有机-高分子太阳能电池的制备、测试方法。详细介绍了MEH-PPV的合成方法、过程现象和产品表征。然后介绍了高分子-有机太阳能电池的制备过程,包括基板清洗、高分子薄膜的制备,有机薄膜制备以及金属电极的制备几个关键步骤。并且制备了PTCBI/MEH-PPV有机太阳能电池,性能与文献报道的相近。
第三章介绍了无机纳米粒子-高分子复合太阳能电池的制备和测试方法。首先制备了TiO2:MEH-PPV复合太阳能电池,并且取得了与文献报道相近的结果。然后制备了两种新型的无机纳米粒子(ZnS和Cu2O)。将他们与MEH-PPV形成的复合太阳能电池,并对其性能进行了表征。发现具有可见光波长吸收的无机半导体纳米粒子组成的电池比没有吸收的性能要高一些。最后利用PEDOT对电极进行修饰,以提高太阳能电池的性能。
第四章探索了利用具有光化学相应的AgBr纳米粒子组装出基于光电化学反应的新型太阳能电池的可能性。利用AgBr的光化学反应做成了固态的薄膜电池,该电池具有接近1V的开路电压,但是短路光电流较小。然后为了改进电池进行了多种尝试,包括改变电池的制备工艺,掺杂石墨导电粉末等。发现掺杂一定比例的石墨的确可以提高电池的短路电流。并且对电池的响应速度和寿命做了研究。发现提高电池的密封性可以大大延长电池的寿命,而掺杂石墨可以大大的提高电池的响应速度。该类电池的还需要更深入的研究。
最后一章对前面的工作做出了总结,并提出了作者对研究高效、低成本太阳能电池的展望。