本文關(guān)鍵詞：面向聚合物太陽(yáng)能電池界面修飾層的石墨烯材料，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái)聚合物太陽(yáng)能電池已成為科學(xué)界的研究熱點(diǎn)之一,聚合物太陽(yáng)能電池的性能得到了快速的提升,文獻(xiàn)中的最高能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過(guò)11%。但是,聚合物太陽(yáng)能電池要做到真正商業(yè)化、實(shí)用化,其能量轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性還需進(jìn)一步的提高。目前,提高聚合物太陽(yáng)能電池器件的能量轉(zhuǎn)換效率有以下幾種主要途徑:1、從材料入手,設(shè)計(jì)合成新型共軛聚合物材料,擴(kuò)展吸收光譜,提高光源的利用率;2、調(diào)控活性層給受體材料之間的形貌,在納米尺度形成互穿網(wǎng)絡(luò),減少?gòu)?fù)合損失;3、采用界面材料調(diào)控活性層材料與金屬電極的界面,優(yōu)化界面能級(jí)與表面接觸等性質(zhì),從而實(shí)現(xiàn)載流子的高效收集。石墨烯及其衍生物具有良好的透光性、較好的機(jī)械性能、含有大?鍵體系的片層結(jié)構(gòu),可分散在溶液中進(jìn)行溶液加工等優(yōu)點(diǎn),包括石墨烯量子點(diǎn)材料在內(nèi)的石墨烯衍生物已經(jīng)作為界面材料在聚合物太陽(yáng)能電池中得到了應(yīng)用。本論文根據(jù)聚合物太陽(yáng)能電池的需要,設(shè)計(jì)合成了一系列石墨烯衍生物,并將其作為界面材料用于器件中,以提高聚合物太陽(yáng)能電池的效率。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1.以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或超純水作溶劑,以乙二胺為還原劑,制備了氨基化的氧化石墨烯(分別表示為rGO/DMF及rGO/H2O)。沉降試驗(yàn)表明,rGO/DMF的分散性優(yōu)于rGO/H2O,干燥會(huì)使得產(chǎn)物的分散性能降低;紅外光譜及元素分析測(cè)試表明DMF體系中,反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),還原程度高。H2O體系則結(jié)果不明顯。兩類(lèi)材料的分散性欠佳,旋涂成膜性能較差,不能用于有機(jī)太陽(yáng)能電池的界面材料。以超純水作溶劑,氯乙酸鈉作還原劑,制備了羧基化氧化石墨烯(GO-COOH)薄膜材料。紅外光譜表明氧化石墨烯表面的C-OH基團(tuán)已被COOH取代,AFM測(cè)試表明該羧基化氧化石墨烯能使ITO表面的粗糙度降低。將其作為陽(yáng)極界面層材料應(yīng)用于聚合物太陽(yáng)能電池器件,優(yōu)化后的器件能量轉(zhuǎn)換效率由0.89%提高至2.47%,表明了在器件中引入GO-COOH薄膜作為空穴傳輸層可以有效改善器件的能量傳輸效率。2.分別以氨水、乙二胺、二乙烯三胺為氨源,檸檬酸為碳源制備了氨基化的石墨烯量子點(diǎn)材料(分別標(biāo)記為N1-GQDs、N2-GQDs、N3-GQDs),光致發(fā)光實(shí)驗(yàn)表明三類(lèi)量子點(diǎn)材料的尺寸依次減小,以紅外、紫外、熒光光譜表征了其光學(xué)性能,然后以多種N-GQDs為電子傳輸層材料,制備了P3HT:PC61BM電池器件,研究了N-GQDs濃度、轉(zhuǎn)速及紫外臭氧清洗過(guò)程(UVO)等因素對(duì)器件性能的影響。得出如下結(jié)論:1)N1-GQDs幾乎沒(méi)有起到電子傳輸?shù)淖饔?反而由于其尺寸偏大,阻礙了電子的傳輸,使得其器件幾乎沒(méi)有效率。而N2-GQDs、N3-GQDs用于電子傳輸層后,器件的各個(gè)性能參數(shù)均有所提升,PCE達(dá)到了2.66%和3.42%,表明材料的尺寸越小,分布越平均,光電轉(zhuǎn)換效率越高。2)以N3-GQDs為研究對(duì)象,優(yōu)化了N3-GQDs的濃度及旋涂成膜的速率,結(jié)果表明N3-GQDs的濃度在0.6 mg/mL最為合適,最佳旋涂速率為4500 rpm。濃度較小或旋涂速率較快時(shí),N3-GQDs膜厚較小,并不能將ITO表面完全覆蓋,由于能級(jí)不匹配產(chǎn)生較大的接觸勢(shì)壘,導(dǎo)致器件的Jsc和FF以及效率降低。但當(dāng)N-GQDs濃度偏大或旋涂速率較慢時(shí),N-GQDs膜厚度隨之增加,導(dǎo)致器件的串聯(lián)電阻增加,器件的Jsc和FF減小,因而使器件的效率降低。3)ITO玻璃片經(jīng)過(guò)UVO處理后,器件性能變優(yōu),這是由于經(jīng)過(guò)UVO處理之后,可以去除ITO表面殘留的少量污染物,同時(shí)它也可以增大N-GQDs在ITO表面的浸潤(rùn)性,提高ITO的功函數(shù),使得能級(jí)更加匹配,電子傳輸更為容易,JSC得到了極大地提高,所以器件的性能得到了提升。
【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽(yáng)能電池 界面材料 功能化石墨烯 石墨烯量子點(diǎn)
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-27
• 1.1 前言11-12
• 1.2 聚合物太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)述12-16
• 1.2.1 聚合物太陽(yáng)能電池發(fā)展歷程12-13
• 1.2.2 聚合物太陽(yáng)能電池的工作原理13-15
• 1.2.3 聚合物太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu)15-16
• 1.3 器件的界面調(diào)控問(wèn)題16-19
• 1.3.1 界面層的作用17
• 1.3.2 陽(yáng)極界面層的研究進(jìn)展17-18
• 1.3.3 陰極界面層的研究進(jìn)展18-19
• 1.4 石墨烯材料的制備19-23
• 1.4.1 微機(jī)械剝離法20
• 1.4.2 液相剝離法20-21
• 1.4.3 化學(xué)氣相沉積法21
• 1.4.4 外延生長(zhǎng)21
• 1.4.5 碳納米管切割21-22
• 1.4.6 化學(xué)還原法22-23
• 1.5 石墨烯量子點(diǎn)材料的制備23-26
• 1.5.1 水熱法23-24
• 1.5.2 化學(xué)氧化剝離碳纖維法24
• 1.5.3 溶液化學(xué)法24-25
• 1.5.4 微波和超聲波法25-26
• 1.6 論文的工作設(shè)計(jì)與研究?jī)?nèi)容26-27
• 第2章 實(shí)驗(yàn)基本試劑及表征方法27-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)主要試劑27-28
• 2.2 材料制備主要儀器及設(shè)備28
• 2.3 材料的結(jié)構(gòu)和物理性能表征28-29
• 2.3.1 傅里葉變換紅外光譜28-29
• 2.3.2 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)29
• 2.3.3 元素分析儀29
• 2.3.4 原子力顯微鏡29
• 2.3.5 熒光分光光度計(jì)29
• 2.4 太陽(yáng)能電池器件性能表征29-30
• 第3章 功能化石墨烯材料的制備及應(yīng)用30-39
• 3.1 引言30
• 3.2 氨基化石墨烯的制備與表征30-34
• 3.2.1 rGO/DMF的制備30
• 3.2.2 rGO/H_2O的制備30-31
• 3.2.3 氨基化石墨烯的表征31-34
• 3.2.3.1 沉降試驗(yàn)31-32
• 3.2.3.2 紅外光譜分析32-33
• 3.2.3.3 元素分析33-34
• 3.2.4 小結(jié)34
• 3.3 羧基化氧化石墨烯的制備與應(yīng)用34-39
• 3.3.1 GO-COOH的制備34
• 3.3.2 GO-COOH物理性能的表征34-35
• 3.3.2.1 紅外光譜分析34-35
• 3.3.2.2 ITO/GO-COOH薄膜的表面形貌35
• 3.3.3 GO-COOH作為空穴傳輸層制備器件35-36
• 3.3.4 不同空穴傳輸層器件性能的比較36-37
• 3.3.5 GO-COOH作為空穴傳輸層器件的性能表征37-38
• 3.3.6 小結(jié)38-39
• 第4章 氨基化石墨烯量子點(diǎn)的制備與應(yīng)用39-50
• 4.1 引言39-40
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分40-41
• 4.2.1 N1-GQDs的制備40
• 4.2.2 N2-GQDs的制備40
• 4.2.3 N3-GQDs的制備40-41
• 4.2.4 反式有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備41
• 4.3 材料性能表征41-45
• 4.3.1 氨基化石墨烯量子點(diǎn)的光致發(fā)光現(xiàn)象41-42
• 4.3.2 紅外光譜分析42-43
• 4.3.3 紫外光譜分析43-44
• 4.3.4 熒光光譜分析44-45
• 4.4 器件性能表征45-48
• 4.4.1 三種材料器件性能對(duì)比45
• 4.4.2 N-GQDs濃度的影響45-46
• 4.4.3 GQDs轉(zhuǎn)速的影響46-47
• 4.4.4 UVO處理對(duì)器件性能的影響47-48
• 4.5 小結(jié)48-50
• 第5章 結(jié)論與展望50-52
• 5.1 結(jié)論50-51
• 5.2 展望51-52
• 參考文獻(xiàn)52-60
• 致謝60-61
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷61-62
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究結(jié)果62

  本文關(guān)鍵詞：面向聚合物太陽(yáng)能電池界面修飾層的石墨烯材料，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：289427