硅基微納結構與暴露(001)面銳鈦礦二氧化鈦納米材料的制備研究
發(fā)布時間:2020-08-06 17:24
【摘要】:硅/有機雜化太陽能電池(Silicon-based inorganic/Organic Hybrid Solar Cells,簡寫為SOHCs)結合了晶硅太陽能電池和有機太陽能電池的優(yōu)勢,成為近幾年來研究的熱點,而硅基微納結構的引入能有效減少器件的反射強度,增大有機物與硅基材料的接觸面積,從而利于器件性能的提高。另一方面,高暴露(001)面銳鈦礦二氧化鈦(TiO_2)由于其高表面能而具有較高的光催化活性,在光催化、太陽能電池等領域具有潛在的應用。為此,本論文系統(tǒng)的研究了SOHCs中硅基微納結構的制備,同時成功制備高暴露(001)面銳鈦礦TiO_2薄膜并開展了表面特性的相關測定工作,最后,初步拓展二種材料在SOHCs電池中的應用探索。本論文主要開展了以下工作:1.采用水浴法,在堿性環(huán)境中成功制備了金字塔型硅基納米材料,為SOHCs太陽能電池的結合組裝奠定了基礎。實驗結果表明,當C_(KOH)=0.10 mol/L,C_(IPA)=0.10mol/L,T=80℃時反應20 min,可以獲得尺寸均勻,缺陷較少,結構完整,分布均衡且反射率較低的金字塔型Si基材料。2.采用金屬輔助化學刻蝕法,在金字塔結構表面制備納米線,構成金字塔/納米線的復合結構。結果表明,金字塔表面納米線長度隨著刻蝕時間增長而增加且其反射率降低,但過長的刻蝕時間又會破壞金字塔整體結構而導致反射率上升,并且改變H_2O_2的濃度會使納米線的生長方向發(fā)生變化。在三種不同硅基微納結構器件的電流密度-電壓測試中,硅金字塔/納米線復合結構器件的短路電流密度最高,也證明了其較高的陷光能力和較高的光電轉換效率。3.采用水熱法,在FTO基底上制備暴露(001)表面銳鈦礦TiO_2薄膜。XRD、和SEM結果表明4h反應時長得到的銳鈦礦TiO_2表面{001}晶面比例最高。由于單層結構的電極未達到飽和光電流狀態(tài),采用復合溶膠-凝膠法和水熱法制備了以暴露(101)表面致密的TiO_2膜為襯底的雙層結構電極(簡稱A001),有效克服電解液通過TiO_2顆粒間隙與FTO表面的直接接觸,從而實現(xiàn)飽和光電流的產(chǎn)生。4.初步探索了具有不同官能團的芳香族有機物在銳鈦礦TiO_2(001)表面的吸附降解過程,類似的慢反應常數(shù)表明,在光催化降解過程中,苯環(huán)主要被光電催化水中產(chǎn)生的羥基自由基的降解。但差異較大的快反應常數(shù)證明其界面反應能力與有機官能團在(001)表面吸附能強弱有關,首次采用光電化學法在實驗上證明了理論計算中不同官能團化合物與(001)表面吸附能的強弱,帶有羧基的芳香族化合物在(001)表面具有更強吸附能力。實驗結果可以推測,當高暴露(001)銳鈦礦TiO_2納米材料作為緩沖層應用于SOHCs中,添加羧基有機化合物分子可增加異質(zhì)界面接觸能力而提高電子傳輸效率。
【學位授予單位】:云南大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2018
【分類號】:TQ134.11;TM914.4
【圖文】:
SOHCs電池結構與電子傳輸示意圖
不同背接觸的n-Si基太陽能電池的能級結構:(a)n-Si/Al;(b)n-Si/TiO2/AlFig.1.3Bandgapalignmentsofthen-typesiliconsolarcellswithdifferentrearcontacts
(a)銳鈦礦TiO2晶體的原子結構和(b)通過伍爾夫構型預測的銳鈦礦TiO2的平衡形態(tài)(左)及經(jīng)過一些修飾可能產(chǎn)生的銳鈦礦TiO2形態(tài)(右)
本文編號:2782728
【學位授予單位】:云南大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2018
【分類號】:TQ134.11;TM914.4
【圖文】:
SOHCs電池結構與電子傳輸示意圖
不同背接觸的n-Si基太陽能電池的能級結構:(a)n-Si/Al;(b)n-Si/TiO2/AlFig.1.3Bandgapalignmentsofthen-typesiliconsolarcellswithdifferentrearcontacts
(a)銳鈦礦TiO2晶體的原子結構和(b)通過伍爾夫構型預測的銳鈦礦TiO2的平衡形態(tài)(左)及經(jīng)過一些修飾可能產(chǎn)生的銳鈦礦TiO2形態(tài)(右)
【參考文獻】
相關期刊論文 前1條
1 趙曉輝;蔡佳林;高江旭;馬曉燕;楊少鵬;;碳酸銫陰極緩沖層對有機太陽電池器件性能的影響[J];人工晶體學報;2014年11期
本文編號:2782728
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