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[学位]

金属纳米天线的光电特性在有机光伏器件中的应用与研究

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Author:

董化 (董化.)

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学位论文库

Abstract:

作为新型光伏器件的染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells:DSSCs)和钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells),因其成本低廉,制备工艺简单,光电转换效率高等特点,得到了广泛的关注。如何有效的提高新型光伏器件的效率,找出关键因素并设计相应解决方案,是本论文关注重点。 
染料敏化太阳能电池从1991年被研制,最新的电池效率已经高达13%。相比于高成本的传统硅太阳能电池,具有良好的应用前景。然而,光电转换过程中,传统光阳极对太阳光的捕获并没有覆盖整个可见光区,没有达到充分利用;同时单色光电转换效率有限,制约了效率的进一步发展;另一方面,光生载流子在光阳极中的的传输过程中容易遇到界面和表面缺陷,形成复合从而降低了效率。本文针对这些问题,设计和制备了一系列金属纳米复合结构作为纳米天线来修饰的光阳极和对电极来改善和提高器件的性能。主要内容如下:
设计并研制了载银二氧化钛纳米管,以此混合二氧化钛纳米颗粒制备了一种新型的光阳极。二氧化钛纳米管可以起到提供载流子传输的直接通道,加速电荷传输和减小复合;同时纳米银颗粒的光电特性可以有效增强光吸收,提高光捕获效率,从而提高器件效率。
设计并研制了具有毛刺形貌的二氧化钛包覆银纳米线复合结构,并引入到光阳极之中。这种金属纳米复合结构独特的光-电双通道特性不仅提供了额外的光通路,增加了光捕获效率;而且其一维传输特性和良好的导电特性可以有效的提高光生载流子的收集效率。 
设计并研制了金银复合纳米棒结构。这种复合结构由于其多重的共振吸收峰特性,其吸收范围可以从可见光区延展到近红外区域,因此对光阳极的修饰可以有效的拓展器件的光吸收范围,增强器件的光捕获效率;同时对电荷的有效传输,抑制复合也做出了贡献。
设计并研制了基于自组装银纳米基底的铂对电极,这种复合对电极能够利用银纳米颗粒的光散射特性提高器件对光的二次吸收,同时大的比表面积和热电子注入效应可以改善对电极/电解液界面电子传输特性,从而提高器件效率。
对于新型的钙钛矿太阳能电池,设计并研制了基于旋凃-浸泡二步法制备钙钛矿吸光层的平面异质结反型钙钛矿电池。通过实现对作为电子传输层的富勒烯衍生物PCBM的叠层制备,对界面修饰起到了作用,减少了界面复合从而提高器件效率。对器件进行修饰和调控,实现了器件性能的显著提高。
综上所述,本文中把纳米光电子学与新型能源开发有效的结合起来,从介观尺度上调控有机光伏器件结构和形貌,从而实现了效率的提高

Keyword:

表面等离激元 钙钛矿太阳能电池 光伏器件 金属纳米天线

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学电子与信息工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学博士

Mentor: 吴朝新

Year: 2015

Language: Chinese

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WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 5

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