隨著時代的不斷地發(fā)展與進(jìn)步,石墨烯（Graphene）及其太陽能電池逐步走進(jìn)人們的視野。其中染料敏化太陽能電池（Dye-sensitized Solar Cells,DSSCs）、鈣鈦礦太陽能電池（Perovskite Solar Cells,PSCs）具有較為豐富的原料、制備步驟簡易安全以及光電轉(zhuǎn)換能力出色等突出特點,在科技領(lǐng)域掀起了一陣研究熱潮。目前DSSCs與PSCs的光電轉(zhuǎn)換效率仍存在很大的提升空間,而電池的制備是直接決定DSSCs與PSCs電池性能高低的主要因素之一,因此可將石墨烯及其衍生物用于DSSCs與PSCs電池制備中,這可在一定程度上提升其電池性能�；谏鲜龇治�,本論文采用改進(jìn)Hummers法制得的氧化石墨烯（Graphene Oxide,GO）和Zn O半導(dǎo)體材料作為制備太陽能電池光陽極部分的原料,通過不同的實驗方案處理對DSSCs與PSCs光陽極部分進(jìn)行修飾與改善,從而達(dá)到提升電池光電性能的目的,并分別采用XRD、SEM、TEM、BET、AFM及多種電池光電性能測試系統(tǒng)等檢測手段進(jìn)行研究分析。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下:（1）以改變氧化溫度排列順序的改進(jìn)Hummers... 

【文章來源】：景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)江西省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)石墨烯的電子能級(b)碳原子結(jié)構(gòu)(c)sp2雜化的形成示意圖

4景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)碩士學(xué)位論文2文獻(xiàn)綜述2.1.2石墨烯的性質(zhì)石墨烯由于其所特有的二維晶格組成使其擁有多種出色性能。其內(nèi)部晶格簡易示意圖如圖2-2(a)所示，最小晶格呈正六邊蜂窩結(jié)構(gòu)，其中相互靠近的最小單元之間的碳原子間存在部分π鍵和σ鍵。其中π鍵是由與平面結(jié)構(gòu)相互垂直的2pz軌道進(jìn)行雜化而成，其主要起到將石墨烯片層之間進(jìn)行部分拉開的作用；σ鍵則是由sp2軌道進(jìn)行雜化而成的，其原子間長度約1.42，其鍵能高于金剛石晶體結(jié)構(gòu)中的以sp3雜化形成的C-C鍵，這使得石墨烯能夠擁有更為出色的力學(xué)性能表現(xiàn)[13][14]，其強度比目前最好的鋼鐵高100倍。又由于π鍵處于半充滿狀態(tài)，這使得其周圍的電子束縛性降低，從而讓石墨烯中的電子活性變大使其擁有更為突出的電學(xué)性能表現(xiàn)。Walace在1947年通過理論計算的方法得出了石墨烯的理論能帶結(jié)構(gòu)示意圖(圖2-2(b))，這表明石墨烯在電子傳輸過程中其能量表面基本呈錐形，從而使得其擁有較為快速的電子遷移速率(15000cm2/Vs)[15]以及更為突出的導(dǎo)電效率(106S/m)[16]。此外，其石墨烯還擁有較高的比表面積[17](高達(dá)2.6×103m2/g)以及更高透光率[18]等優(yōu)異特性。圖2-2(a)單位晶胞中兩個碳原子（A和B）的石墨烯晶格結(jié)構(gòu)示意圖(b)石墨烯的理論能帶結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2-2Schematicchartof(a)thelatticestructureofgraphenewithtwoatoms(AandB)perunitcell;(b)thetheoreticalenergybandstructureofgraphene2.2氧化石墨烯的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)2.2.1氧化石墨烯的基本結(jié)構(gòu)氧化石墨烯(GO)[19]首次出現(xiàn)的時間是在1859年，其發(fā)現(xiàn)和研究歷史均要比單層石墨烯提前150多年，但由于當(dāng)時的實驗條件和實驗認(rèn)知等方面的限制，對其組成結(jié)構(gòu)模型沒有明確的概念，并沒有引起太大關(guān)注。近年來隨著GO所表現(xiàn)出的優(yōu)異性能被逐步

5景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)碩士學(xué)位論文2文獻(xiàn)綜述Nakajima-Matauo[23]等經(jīng)典結(jié)構(gòu)模型到目前最著名的Left-Klinowski等模型，這使得科研界對GO的化學(xué)組成結(jié)構(gòu)達(dá)到一個新的理解高度。早期的四個模型均依靠于元素組成、化學(xué)反應(yīng)以及X射線衍射分析所推理出來的（如圖2-3所示）。在1939年，Hofmann[20]等率先提出了GO的第一個結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)為是在碳原子基面上存在sp2雜化重復(fù)單元的環(huán)氧基團。7年后，Ruess[21]等提出了在碳原子基面上存在sp3雜化重復(fù)單元的1-3環(huán)氧基團和羥基的規(guī)則結(jié)構(gòu)模型。之后Scholz和Boehm[22]等提出了一個在碳原子基面上除去了環(huán)氧基，僅存有羥基和酮基官能團的結(jié)構(gòu)模型。在1994年，Nakajima和Matauo[23]等人所提出的結(jié)構(gòu)模型是在與聚二氟化碳晶體結(jié)構(gòu)相似的假設(shè)之上，形成了一種石墨插層化合物，同時他們還比較了三種常見的氧化反應(yīng)并形成它的初步反應(yīng)機理，為后續(xù)研究GO的化學(xué)性質(zhì)做出巨大貢獻(xiàn)。圖2-3GO的的經(jīng)典結(jié)構(gòu)模型Fig.2-3TheclassicalstructuremodelofGO隨著表征技術(shù)的不斷更新與發(fā)展，在1996年Lerf和Klinowski[24]等制備了GO及其衍生物并進(jìn)行區(qū)域性研究，提出了Left-Klinowski模型（如圖2-4），這也是初次使用固態(tài)核磁共振光譜(NMR)表征材料。經(jīng)過測試他們認(rèn)為GO的晶體結(jié)構(gòu)主要可分為兩塊，其一是由未被氧化的碳原子經(jīng)過sp2雜化行為后所形成的晶格區(qū)域，其二則是碳原子邊緣處進(jìn)行sp3雜化行為后而形成的官能基團區(qū)。在2010年，Gomez-Navarro[25]和Erick-son[26]等通過高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)分析觀察到GO的結(jié)構(gòu)，證實了Left-Klinowski的GO結(jié)構(gòu)模型。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]納米半導(dǎo)體材料對新型薄膜太陽能電池性能影響的研究[D]. 郭薇.大連理工大學(xué) 2013

碩士論文
[1]石墨烯、C60對電極在染料敏化太陽能電池中的研究[D]. 胡熠.西南大學(xué) 2015



本文編號：3621924