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TiO2/P3HT杂化太阳能电池的CVD法原位制备及激子分离动力学研究

批准号:
11304088
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王多发
依托单位:
学科分类:
凝聚态物质输运性质
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
李金华、江娟、王今朝、夏汉明、王芳杰

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
TiO2/P3HT等有机无机杂化太阳能电池兼具无机物迁移率高和有机物柔性优点,具有广泛应用前景,但常规旋涂法制备的杂化太阳能电池存在有机无机界面兼容性差、激子复合率高和激子分离动力学不清楚的问题。本项目采用CVD法在TiO2纳米棒阵列表面原位生长P3HT,通过调控CVD工艺参数,优化TiO2/P3HT界面结构,改善TiO2/P3HT界面兼容性,提高激子分离效率和电池光电性能。研究TiO2/P3HT界面微观结构、相结构与电池光电性能及载流子输运特性的关联。用超快光谱手段研究TiO2/P3HT界面处激子分离与复合的动力学过程,建立物理模型对超快荧光光谱和暂态吸收光谱的结果进行拟合,分析受光照激发后TiO2/P3HT界面处产生的激发态及各种激发态的寿命,结合界面微结构研究结果,揭示提高载流子产率、减少中间激发态方法。本项目有助于解决常规杂化太阳能电池激子复合率高问题和理解激子分离动力学过程。
英文摘要
TiO2/P3HT hybrid solar cell shows great application potentials because it owns high electron mobility of inorganic materials and flexible property of organic materials. However, the hybrid solar cell fabricated by spin coating has problems of interface imcompatibility of organic-inorganic materials, high electron recombination probability, and unclear exciton dissociation mechanism. In this project, we proposed in situ synthesis of P3HT on the surface of TiO2 nanorod array, aimed at improving the interface compatibility of TiO2/P3HT, enhancing exciton dissociation probability, and finally increasing the efficiency of the cell. We investigate the relationship between the microstructure of TiO2/P3HT interface and the carrier transport property. Moreover, we investigate the exciton dissociation dynamics by transient photoluminescence and absorption spectrum. Through fitting the transient spectrum based on some physics model, we analyze the excited states induced by photon irradiation and the lifetime of each state. In combination with the microstructure results, we try to illuminate the method on how to increase the generation rate of carriers and depress intermediate excited state. Research on this project is helpful to solve the problem of high recombination ratio of exciton in traditional hybrid solar cell and to understand the dynamics of exciton dissociation process.
研究了TiO2/P3HT太阳能电池纳米阵列制备、P3HT沉积、以及空穴传输层等关键制备技术,实现了制备工艺优化。深入分析了TiO2/P3HT界面微结构,发现界面特性是影响电池光伏性能的关键因素,引入CdS量子点、N719染料、吡啶等对TiO2/P3HT界面进行修饰,界面修饰后P3HT能够更加均匀地沉积在TiO2纳米阵列表面,电池光伏性能明显改善。. 用电化学阻抗谱研究了TiO2/P3HT太阳能电池输运特性,建立等效电路模型对阻抗谱进行拟合,分析了TiO2/P3HT的串联电阻和并联电阻,揭示了影响电池串并联电阻的关键因素,发现TiO2/P3HT界面复合电阻是影响电池性能的关键因素,通过界面修饰可以明显增大界面复合电阻,提高电池光伏性能。. 采用瞬态光致发光光谱研究了P3HT/ TiO2杂化太阳能电池内P3HT/ TiO2界面处激子分离动力学过程,对瞬态谱进行指数拟合得到激子寿命648ps。研究发现界面对激子分离过程有重要影响,P3HT/TiO2界面用CdS量子点修饰后,激子分离速度没明显改变,但用吡啶修饰后,明显促进光生激子在P3HT/TiO2界面处分离,激子寿命从648ps降低到589ps。用开路电压衰减特性分析了光子载流子复合过程,研究发现用CdS量子点、N719染料、吡啶等对TiO2/P3HT界面进行修饰后,载流子复合速率明显降低。. 同时在染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等方面进行了一些探索研究,重要研究了染料敏化太阳能电池光阳极优化,通过采用种子层技术,提高了TiO2纳米阵列有序度,减少电子传输过程中散射,从而有效提高电池光伏性能。将纳米棒与TiO2纳米管阵列复合,设计并制备了两层、三层复合结构光阳极,利用纳米棒比表面积大的特点与TiO2纳米管阵列电子传输速度快的优势,有效改善了电池光伏性能,电池光电转换效率达到8.31%。研究了两步法制备CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池工艺技术,通过对制备工艺进行优化,采用溶剂工程、两步旋涂法等新工艺技术,电池光电转换效率达到17.31%。
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会议论文列表
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DOI: --
发表时间: 2016
期刊: Journal of Nanoscience and Nanotechnology
影响因子: --
作者: [Haizheng Tao, Xiujian Zhao, Tianjin Zhang, Junbo Han]
通讯作者: Junbo Han
DOI: --
发表时间: 2016
期刊: 材料导报
影响因子: --
作者: [王多发, 陈高玲, 孙盼, 章天金]
通讯作者: 章天金
DOI: --
发表时间: 2014
期刊: Journal of Semiconductor
影响因子: --
作者: [Haizheng Tao, Xiujian Zhao, Meiyan Ji, Tianjin Zhang]
通讯作者: Tianjin Zhang
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