碳纳米管制备及其在光伏领域的应用展望

论文摘要

太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源。太阳能的有效利用可以同时解决人类生存所面临的两大危机“能源短缺”和“环境污染”。在太阳能的有效利用中,太阳能的光电利用是近年来发展最快、最具活力的研究领域。太阳能电池的研制和开发日益得到重视。降低成本、提高效率是太阳能电池的发展趋势。由于传统太阳能电池降价的空间有限,因此开发高效廉价的新型太阳能电池具有重要意义。碳纳米管具有极高的电荷传输性能,已被广泛地用于有机太阳能电池的制备中。然而,基于碳纳米管的有机太阳能电池是将粉末状的碳纳米管与有机材料共混,碳纳米管之间的结合较弱,因此导致较大的电阻且电子空穴对容易发生复合,使得太阳能电池的效率很低。直接将碳纳米管薄膜作为太阳能电池的电极或转换材料受到了研究者的青睐。虽然碳纳米管具有独特的结构、优异的电学性能、良好的化学稳定性和吸光性,然而它们在太阳能电池上的实际应用在技术上却受到了很大的限制。其中最重要的问题就是目前大规模制备的碳纳米管产物中杂质太多、碳纳米管的直径不均匀、且具有很多缺陷。因此,通过对碳纳米管制备工艺的研究,分析工艺条件和碳纳米管形貌、电学性质之间的关系,摸索出最佳工艺条件,制备出管径均匀、高纯度、结构完美、性能优良的碳纳米管,最终实现碳纳米管的低成本、大批量生产,具有重要的工业应用价值。本实验中,我们采用化学气相沉积法,在基底上制备了碳纳米管阵列,通过改变入口温度、载气总流量、氢气流量以及基底等工艺条件,制备出不同的碳纳米管阵列样品,使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱仪和四点探针对碳纳米管阵列的结构、形貌和电阻率进行了表征,研究了制备条件对碳纳米管性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 太阳能电池的发展
• 1.2.1 单晶硅太阳电池
• 1.2.2 多晶硅太阳能电池
• 1.2.3 多晶硅薄膜太阳能电池
• 1.2.4 非晶硅薄膜太阳能电池
• 1.2.5 化合物半导体薄膜太阳能电池
• 1.2.6 其它材料的太阳电池
• 1.3 本论文研究的背景
• 1.4 本论文研究的目的
• 第二章 碳纳米管概况
• 2.1 引言
• 2.2 碳纳米管的结构
• 2.3 碳纳米管的分类
• 2.3.1 按手性分类
• 2.3.2 按层数分类
• 2.3.3 按排列分类
• 2.3.4 按导电性分类
• 2.4 碳纳米管的性质
• 2.4.1 力学性能
• 2.3.2 热学性能
• 2.4.3 电学性能
• 2.4.4 光学性能
• 2.5 定向碳纳米管的独特性质
• 2.6 碳纳米管的制备方法
• 2.6.1 电弧放电法
• 2.6.2 激光蒸发法
• 2.6.3 化学气相沉积法
• 2.7 化学气相沉积法制备碳纳米管的生长机理
• 2.7.1 顶部生长机理
• 2.7.2 底部生长机理
• 2.7.3 碳帽机理
• 2.7.4 气相—液相—固相机理
• 2.8 化学气相沉积法制备定向碳纳米管的取向机制
• 第三章 定向碳纳米管的制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 试剂和设备
• 3.2.2 实验步骤
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 入口温度的影响
• 2流量的影响'>3.3.2 H₂流量的影响
• 2和Ar总流量的影响'>3.3.3 H₂和Ar总流量的影响
• 3.3.4 基底的影响
• 3.3.5 生长机理
• 3.4 本章小结
• 第四章 碳纳米管的电阻率
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 试剂与设备
• 4.2.2 碳纳米管膜的制备
• 4.2.3 碳纳米管电阻率的测定
• 4.3 结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 碳纳米管在光伏领域的应用展望
• 5.1 引言
• 5.2 用于染料敏化纳米晶太阳能电池
• 5.3 用作纳米天线太阳能电池
• 5.4 用作光电转换材料
• 5.5 用作太阳能电池的电极材料
• 5.6 用于有机光电复合材料
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢