銅納米線的制備及在有機(jī)太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】：有機(jī)太陽能電池由于具有低成本、可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的卷對卷生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，受到了人們的廣泛關(guān)注。通常有機(jī)光伏器件使用的電極材料是ITO。然而，ITO本身具有成本高、易碎等問題促使了人們對柔性、低成本導(dǎo)電材料的開發(fā)興趣。因此，研究低成本、制備工藝相對簡單能夠替代ITO薄膜的透明導(dǎo)電薄膜就顯得非常必要。金屬納米線具有成本低、易制備、可實(shí)現(xiàn)柔性化大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。本論文研究了水溶液法制備長徑比可控的銅納米線（Cu NWs）方法，考察了不同反應(yīng)條件對產(chǎn)物形貌的影響，并將其應(yīng)用到有機(jī)光伏器件中。主要研究內(nèi)容如下: 第一：本文利用水熱法生長Cu NWs?？疾炝吮砻婊钚詣㏄VP、結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)劑EDA對CuNWs的影響。通過考察不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)（溫度、時(shí)間、試劑濃度等）對Cu NWs形貌的影響。最終得到長度約為10μm，直徑約為200nm的Cu NWs。并對產(chǎn)物進(jìn)行XRD、SEM和TEM的表征。結(jié)果表明溫度、反應(yīng)物濃度以及結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)劑EDA是影響產(chǎn)物形貌的關(guān)鍵因素。將在優(yōu)化條件下制備得到的Cu NWs與PEDOT:PSS混合，作為陽極緩沖層，制備了器件結(jié)構(gòu)為：ITO/PEDOT: PSS:Cu NWs/P3HT:PCBM/LiF/Al的光伏器件。結(jié)果表明性能與參比器件相比有所降低。主要原因可能是由于Cu NWs自身容易被氧化，加入到PEDOT:PSS后使表面粗糙度變大，不利于空穴的傳輸和收集。同時(shí)容易俘獲載流子，使得器件性能下降。 第二：為了解決Cu NWs易被氧化的問題，在水熱法制備Cu NWs的基礎(chǔ)上，初步探究了在銅表面包裹一層鎳，即制備白銅納米線(Ni-Cu NWs)來避免氧化問題。分別考察了利用兩步生長法和一步生長法制備Ni-Cu NWs。通過產(chǎn)物的SEM照片，總結(jié)出制備長徑比較大的Ni-Cu NWs方法。實(shí)驗(yàn)表明，用一步法可以將鎳成功地包裹到銅的表面，并且在形成銅離子之后再加入硝酸鎳時(shí)，可以得到尺寸大小較為理想的Ni-Cu NWs。在此基礎(chǔ)上制備了器件結(jié)構(gòu)分別為：ITO/PEDOT:PSS:Ni-Cu NWs/P3HT:PCBM/LiF/Al的光伏電池，研究摻雜不同濃度Ni-Cu NWs作為緩沖層時(shí)器件性能的變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)摻雜一定濃度的Ni-Cu NWs后器件性能有整體下降的趨勢，說明摻雜Cu NWs后在緩沖層中并沒有起到積極作用。 【關(guān)鍵詞】：Cu NWs 水熱法 透明導(dǎo)電 太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB383.1;TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 研究背景10-16
• 1.2.1 金屬納米線材料簡介11-12
• 1.2.2 基于金屬納米線的透明電極簡介12-13
• 1.2.3 有機(jī)太陽能電池的電極材料13
• 1.2.4 有機(jī)太陽能電池簡介13-16
• 1.3 研究目的、意義和現(xiàn)狀16-17
• 1.3.1 研究目的及意義16
• 1.3.2 研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本論文研究的目的及主要研究內(nèi)容17-19
• 第二章 銅納米線（Cu NWs）的制備研究19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分19-22
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及規(guī)格19-20
• 2.2.2 Cu NWs 的制備研究及步驟20-21
• 2.2.3 生長機(jī)理21-22
• 2.3 生長條件對 Cu NWs 形貌的影響22-29
• 2.3.1 溫度對 Cu NWs 形貌的影響22-24
• 2.3.2 氫氧化鈉濃度對 Cu NWs 形貌的影響24-26
• 2.3.3 水合肼（N2H4）對 Cu NWs 形貌的影響26-27
• 2.3.4 冰浴時(shí)間對 Cu NWs 形貌的影響27-28
• 2.3.5 乙二胺（EDA）對 Cu NWs 形貌的影響28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 PEDOT:PSS:Cu NWs 為陽極緩沖層的有機(jī)太陽能電池30-38
• 3.1 引言30
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分30-34
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及設(shè)備30-31
• 3.2.2 Cu NWs 的表征及分析31-34
• 3.3 PEDOT:PSS:Cu NWs 作陽極緩沖層在有機(jī)光伏電池中的應(yīng)用34-36
• 3.3.1 器件的制備34-35
• 3.3.2 器件的 I-V 特性曲線35-36
• 3.4 結(jié)果與分析36-37
• 3.4.1 不同質(zhì)量濃度 Cu NWs 的紫外-可見吸收光譜圖36-37
• 3.4.2 摻雜 Cu NWs 后活性層的表面形貌分析37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 白銅納米線(Ni-Cu NWs)的制備及在有機(jī)太陽能電池的應(yīng)用38-50
• 4.1 引言38-39
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分39-45
• 4.2.1 Ni-Cu NWs 的制備研究39-42
• 4.2.2 Ni-Cu NWs(Cu:Ni = 2:1) 的 EDS 分析42-43
• 4.2.3 Ni-CuNWs 的表征43-45
• 4.4 Ni-Cu NWs 在有機(jī)太陽能電池中的應(yīng)用45-47
• 4.4.1 器件的制備45-46
• 4.4.2 器件的 I-V 特性曲線46-47
• 4.5 結(jié)果與分析47-48
• 4.5.1 不同質(zhì)量濃度 Ni-Cu NWs 的紫外-可見吸收光譜47-48
• 4.5.2 摻雜 Ni-Cu NWs 后活性層的表面形貌分析48
• 4.6 本章小結(jié)48-50
• 第五章 全文總結(jié)與展望50-52
• 5.1 全文總結(jié)50-51
• 5.2 展望51-52
• 參考文獻(xiàn)52-60
• 發(fā)表論文和科研情況說明60-61
• 致謝61-62

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