本工作主要圍繞PEDOT的合成及其在固態(tài)染料敏化太陽能電池對電極中的應(yīng)用開展研究,重點研究了循環(huán)伏安法電化學(xué)沉積過程中循環(huán)次數(shù)（10～50次）對PEDOT薄膜的形貌、厚度及光學(xué)性質(zhì)的影響.通過紅外光譜、SEM、紫外-可見吸收光譜表征了PEDOT的結(jié)構(gòu)、形貌及光性質(zhì);通過J-V、動態(tài)調(diào)制光電流譜（IMPS）/光電壓譜（IMVS）以及Tafel測試表征了基于PEDOT透明對電極染料敏化太陽能電池的光電化學(xué)性能.結(jié)果表明:采用循環(huán)伏安法電沉積合成PEDOT制備固態(tài)染料敏化太陽能電池對電極時,CV循環(huán)30～40次之間時可以獲得最佳的光電性能,固態(tài)器件的光電轉(zhuǎn)換效率為5.34%,這是因為在該條件下所制備的PEDOT具有均勻致密的表面、較好的光學(xué)性質(zhì)以及較高的光電催化性能(J₀=2.51×10^-3A·cm^-2),使得器件可以獲得較大的擴散系數(shù)(D_n=28.80μm²·ms^-1)和載流子擴散長度（L=21.41μm）,有利于電荷的傳輸.當CV循環(huán)次數(shù)大于40次時,PED... 

【文章來源】：化學(xué)學(xué)報. 2020,78(10)北大核心SCICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

不同CV循環(huán)次數(shù)下PEDOT的截面形貌(a) 10,(b) 20,(c) 30,(d) 40,(e) 50;不同CV循環(huán)次數(shù)下PEDOT的表面形貌(f) 10,(g) 20,(h) 30,(i)40,(j) 50;不同CV循環(huán)次數(shù)下PEDOT的原子力顯微鏡圖(f’) 10,(g’) 20,(h’) 30,(i’) 40,(j’) 50

有機p型半導(dǎo)體聚合物PEDOT具有C=C、C—S、C—O—C鍵以及聚噻吩骨架等特殊結(jié)構(gòu)[17],其結(jié)構(gòu)圖如圖1.圖1為室溫下電化學(xué)沉積所獲PEDOT薄膜的紅外光譜圖.從圖可見,在1514 cm-1產(chǎn)生紅外吸收峰對應(yīng)C=C鍵振動;920、1060 cm-1附近的吸收峰對應(yīng)噻吩環(huán)乙撐基團C—O—C鍵的伸縮振動;C—S鍵伸縮振動產(chǎn)生的特征峰則位于567～980 cm-1之間,1200 cm-1附近以及1348 cm-1處的振動吸收峰則表明噻吩環(huán)中C—C鍵的吸收峰[26,28].由圖1可知,PEDOT結(jié)構(gòu)特征峰在紅外光譜圖中均有對應(yīng),PEDOT薄膜紅外檢測特征峰列于表1中,表中數(shù)據(jù)證明電沉積所得物質(zhì)確為PEDOT.此外,在圖1中,2400 cm-1附近出現(xiàn)了較強的吸收峰,為PEDOT骨架中自由載流子的吸收峰,屬于半導(dǎo)體聚合物的特征吸收峰[20],這也印證了生成物為PEDOT.

PEDOT薄膜對電極的空穴遷移率是影響器件性能的一個重要因素.我們制備了ITO/PEDOT/Ag單載流子結(jié)構(gòu)的器件,使兩個電極與PEDOT形成歐姆接觸,并測量了該結(jié)構(gòu)的電流密度-電壓曲線,如圖3c所示.結(jié)果符合空間電荷限制電流的模型(Space charge limits current,即SCLC)[31,32].SCLC的數(shù)學(xué)表達式為:J=(9ε0εrV2μ)/(8d3),其中:ε0=8.85×10-14 C·V-1·cm-1表示真空介電常數(shù),εr表示活性材料的相對介電常數(shù),有機材料一般取3,d表示活性層厚度,μ表示空穴遷移率;對上式等式兩邊取對數(shù):ln J=2ln V+ln(9ε0εrμ/8d3),ln J與ln V呈線性關(guān)系(如圖3d),取斜率為2的曲線部分,根據(jù)截距即可計算得到PEDOT空穴遷移率.經(jīng)過計算可得到PEDOT薄膜的空穴遷移率(見表2).隨著CV循環(huán)次數(shù)從10增加到30,PEDOT的空穴遷移率從0.36增加到19.26 cm2·V-1·s-1,達到最大值,繼續(xù)增加CV循環(huán)次數(shù)到50,空穴遷移率降低至1.538 cm2·V-1·s-1.說明CV循環(huán)次數(shù)為30時,空穴載流子在PEDOT對電極中有最佳的傳輸性能.2.5 器件光電性能分析

【參考文獻】：
期刊論文
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