【摘要】：石墨烯是二維納米材料,它是由具有六邊形結(jié)構(gòu)的sp~2雜化的單層碳原子形成的蜂窩結(jié)構(gòu)。由于石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)性能、高導(dǎo)電性和強(qiáng)機(jī)械性能,在光電子器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文主要將石墨烯作為一種新型透明電極研究其在有機(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。本課題使用化學(xué)氣相沉積法合成的、結(jié)合以濕法刻蝕去除銅箔得到的單層石墨烯為陽(yáng)極,制備了有機(jī)太陽(yáng)能電池。然而,石墨烯存在功函數(shù)與空穴傳輸層的HOMO能級(jí)匹配度低、疏水、方塊電阻大等問(wèn)題,使得以其作為陽(yáng)極制備的器件性能較低。為了解決這些問(wèn)題,學(xué)術(shù)界普遍選擇界面修飾的方法調(diào)節(jié)石墨烯的性能,使得它更加適用于實(shí)際應(yīng)用。本課題研究了抗壞血酸、RhCl_3以及CuxO對(duì)石墨烯的修飾效果。研究發(fā)現(xiàn),氧化銅能夠?qū)κ┊a(chǎn)生p型摻雜的效果,有效的調(diào)節(jié)石墨烯功函數(shù)和親水性。實(shí)驗(yàn)探索了不同厚度的Cux O對(duì)石墨烯的摻雜效果,進(jìn)而,本文以PCE-10:PC71BM為活性層制備了氧化銅修飾的石墨烯太陽(yáng)能電池,經(jīng)過(guò)優(yōu)化,得到了效率為5.23±0.47%的器件,比以本征石墨烯為陽(yáng)極的電池性能(4.00±0.44%)高30%。這是因?yàn)楦采w了CuxO的石墨烯表面接觸角有所下降(從88°降低到59°),降低的接觸角有利于提升后續(xù)溶液在石墨烯表面的覆蓋率;同時(shí)氧化銅也使石墨烯表面功函數(shù)從4.45 e V提升到了4.76 e V,功函數(shù)的提升意味著傳輸層與電極間的空穴傳輸勢(shì)壘的降低,上述條件的改善最終使得器件性能有所提升。為了進(jìn)一步提升器件性能,本課題將一種基于1,2,5-噻二唑稠環(huán)芳烴分子摻入活性層構(gòu)建了三元體系有機(jī)太陽(yáng)能電池。研究發(fā)現(xiàn),這種具有高度扭曲結(jié)構(gòu)小分子材料的引入可以促進(jìn)活性層對(duì)太陽(yáng)光的吸收,增大器件阻抗,使得CuxO修飾的石墨烯基有機(jī)太陽(yáng)能電池效率提高了50%,最終達(dá)到6.03±0.53%。這種通過(guò)界面修飾調(diào)節(jié)石墨烯性能使其更加適合作為陽(yáng)極的方法為包括有機(jī)太陽(yáng)電池在內(nèi)的高性能光電器件的制備提供了有力的參考。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4
【圖文】：

圖 1.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池的工作原理圖（2）激子擴(kuò)散在有機(jī)物中，激子產(chǎn)生后的壽命在毫秒量級(jí)以下。一般在能量允許的條件下，激子在有機(jī)材料中的擴(kuò)散長(zhǎng)度范圍約在 5 nm~20 nm。在這個(gè)范圍內(nèi)的激子通常表現(xiàn)出相對(duì)自由的運(yùn)動(dòng)，或者在分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)或分子間躍遷，這就是電荷的轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散。（3）激子解離在太陽(yáng)能電池中，有機(jī)材料中激子解離過(guò)程也影響著電池的光電轉(zhuǎn)換效率。如圖 1.1 (b, c)所示，激子在電場(chǎng)的作用下擴(kuò)散到給體材料和受體材料的界面處，處在給體 LUMO 上的電子轉(zhuǎn)移到受體的 LUMO 上與給體 HOMO 上的空穴形成激子轉(zhuǎn)移態(tài)從而發(fā)生激子解離。當(dāng)激子發(fā)生分離后，電子和空穴分別在受體的 LUMO 和給體的 HOMO 上進(jìn)行傳輸，產(chǎn)生自由載流子。（4）電荷輸運(yùn)與收集

詳細(xì)闡述，本文只作簡(jiǎn)要介紹。其基本結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示。（1）雙層異質(zhì)結(jié)器件在雙層異質(zhì)結(jié)器件中，活性層給體和受體有機(jī)材料分層排列在兩個(gè)電極之間形成平面D-A 界面，同時(shí)為電子和空穴提供傳輸通道。當(dāng)激子產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移后，電子在 n 型材料中傳輸，空穴在 p 型材料中傳輸。（2）本體異質(zhì)結(jié)器件雙層異質(zhì)結(jié)器件的兩種活性層材料分別排列在兩個(gè)電極之間，而本體異質(zhì)結(jié)器件的活性層中的給受體材料是充分混合的，因此 D-A 界面存在于整個(gè)活性層內(nèi)。本體異質(zhì)結(jié)利用 D-A界面效應(yīng)來(lái)轉(zhuǎn)移電荷，它的電荷分離產(chǎn)生在整個(gè)活性層區(qū)域。（3）分子 D-A 結(jié)器件分子 D-A 結(jié)器件是一種單層器件，它的命名是根據(jù)其活性層材料來(lái)命名的。這種材料是由具有電子給體性質(zhì)的單元以共價(jià)鍵的方式連接到受體聚合物或小分子上而形成的分子 D-A結(jié)材料。理想狀態(tài)下，D-A 結(jié)器件中激子的解離過(guò)程發(fā)生在分子內(nèi)。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 劉娟;;有機(jī)太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展[J];佳木斯教育學(xué)院學(xué)報(bào);2013年08期

2 阮曉東;;單晶硅電池技術(shù)與市場(chǎng)的博弈[J];太陽(yáng)能;2012年24期

3 尹炳坤;蔣芳;;非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展[J];廣州化工;2012年08期

4 密保秀;高志強(qiáng);鄧先宇;黃維;;基于有機(jī)薄膜的太陽(yáng)能電池材料與器件研究進(jìn)展[J];中國(guó)科學(xué)(B輯:化學(xué));2008年11期

5 楊基南;太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J];微細(xì)加工技術(shù);2005年02期

本文編號(hào)：2729466