碳銀復(fù)合材料的制備及在聚合物太陽能電池受體材料中的應(yīng)用

【摘要】：太陽能電池發(fā)展至今，硅基太陽能電池和薄膜太陽能電池已實(shí)現(xiàn)商品化，但材料和器件制備成本大限制了其發(fā)展。聚合物太陽能電池具有原料豐富，成本較低、可以制備成柔性器件等顯著優(yōu)點(diǎn)，近年來備受矚目。影響聚合物太陽能電池商業(yè)化的主要因素是器件效率較低，改善器件效率可以從兩方面入手：器件結(jié)構(gòu)的改善和活性層材料的選擇。碳微納米球作為富勒烯類的一種碳材料制作工藝簡(jiǎn)單、成本低，具有優(yōu)異的物化性能，有望成為一種潛在的聚合物太陽能電池受體材料，課題組已將其作為受體材料用于聚合物太陽能電池中進(jìn)行了初步的探索，但器件效率偏低，為了改善效率，本課題將金屬材料與碳微納米球進(jìn)行復(fù)合，制備出金屬碳球復(fù)合材料，以改善器件性能。 本文首先以硝酸銀和葡萄糖為原料，采用一步水熱法制備了碳銀復(fù)合材料，考察了硝酸銀濃度、反應(yīng)時(shí)間、葡萄糖濃度對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和形貌的影響，然后，選取了兩種典型的復(fù)合材料通過研究其電化學(xué)性能分析了材料作為P3HT基聚合物太陽能電池受體材料的可行性，接著制備了P3HT/碳銀復(fù)合材料復(fù)合膜，考察了旋涂速度和給受體共混質(zhì)量比對(duì)復(fù)合膜光學(xué)性能的影響，最后選用最優(yōu)參數(shù)下制備的薄膜作為聚合物太陽能電池的光敏活性層，探索其光伏性能。結(jié)果如下： 1.采用一步水熱法，190℃的反應(yīng)溫度下，得到三明治結(jié)構(gòu)的球形復(fù)合材料（Ag-C-Ag）；200℃的反應(yīng)溫度下，制得核殼結(jié)構(gòu)的碳銀復(fù)合材料（Ag@C）；循環(huán)伏安曲線顯示：三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的HOMO能級(jí)為-5.55eV，LUMO能級(jí)為-4.4eV；核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的HOMO能級(jí)為-5.69eV，LUMO能級(jí)為-4.68eV，可以作為P3HT基太陽能電池受體材料。 2.旋涂轉(zhuǎn)速為1000rpm，當(dāng)P3HT和受體材料Ag-C-Ag的混合比（P3HT:Ag-C-Ag）為2:1和1:1時(shí)，熒光猝滅現(xiàn)象更為明顯；當(dāng)共混質(zhì)量比為1:1時(shí)，轉(zhuǎn)速為1500rpm時(shí)，猝滅現(xiàn)象最明顯，當(dāng)共混質(zhì)量比為2:1時(shí)，轉(zhuǎn)速為1000rpm時(shí)，猝滅現(xiàn)象最明顯，表明激子分離率高，有利于電荷的有效傳輸。1000rpm的旋涂轉(zhuǎn)速下當(dāng)混合比為2:1時(shí)，吸收峰增強(qiáng)更加明顯。 3. P3HT與Ag@C以2:1共混，轉(zhuǎn)速為1000rpm時(shí)，旋涂制備的復(fù)合膜在可見光區(qū)光譜吸收與太陽光譜匹配性強(qiáng)，熒光猝滅現(xiàn)象明顯，激子分離率高； 4.相比于純碳球做受體材料，P3HT/Ag-C-Ag基的器件效率提高了414%，P3HT/Ag@C基的器件效率提高了386%； 【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料 三明治結(jié)構(gòu) 核殼結(jié)構(gòu) 復(fù)合膜 聚合物太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB33;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目錄8-10
• 第一章 文獻(xiàn)綜述10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 太陽能電池發(fā)展歷史10-12
• 1.3 聚合物太陽能電池簡(jiǎn)介12-14
• 1.3.1 聚合物太陽能電池器件結(jié)構(gòu)12-13
• 1.3.2 聚合物太陽能電池工作原理13-14
• 1.4 碳材料在聚合物太陽能電池受體材料中的應(yīng)用14-16
• 1.4.1 富勒烯衍生物受體材料15
• 1.4.2 其它碳材料受體材料15-16
• 1.5 表面等離子激元的基本概念及應(yīng)用16-18
• 1.5.1 表面等離子激元的基本概念16-17
• 1.5.2 表面等離子激元在太陽能電池中的應(yīng)用17-18
• 1.6 研究目的與內(nèi)容18-20
• 1.6.1 研究目的18-19
• 1.6.2 研究?jī)?nèi)容19-20
• 第二章 碳銀復(fù)合材料的制備與表征20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分20-23
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器20-21
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟21
• 2.2.3 分析和測(cè)試方法21-23
• 2.3 結(jié)果與討論23-32
• 2.3.1 硝酸銀濃度對(duì)產(chǎn)物形貌的影響23-24
• 2.3.2 葡萄糖濃度對(duì)產(chǎn)物形貌的影響24-26
• 2.3.3 反應(yīng)溫度的影響26-29
• 2.3.4 碳銀復(fù)合材料的形成機(jī)理29-30
• 2.3.5 類三明治結(jié)構(gòu) Ag-C-Ag 復(fù)合材料電化學(xué)性能30-31
• 2.3.6 核殼結(jié)構(gòu) Ag@C 復(fù)合材料電化學(xué)性能31-32
• 2.4 小結(jié)32-34
• 第三章 P3HT/碳銀復(fù)合材料復(fù)合膜34-42
• 3.1 P3HT/碳銀復(fù)合材料復(fù)合膜的制備34-35
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器34
• 3.1.2 分析和測(cè)試方法34-35
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)步驟35
• 3.2 P3HT/Ag-C-Ag 復(fù)合膜的光譜分析35-37
• 3.3 P3HT/Ag@C 復(fù)合膜的光譜分析37-40
• 3.4 小結(jié)40-42
• 第四章 基于 P3HT/碳銀復(fù)合材料的光學(xué)器件42-50
• 4.1 基于 P3HT/碳銀復(fù)合材料復(fù)合膜的光學(xué)器件的制備42-45
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備43
• 4.1.2 襯底材料的選取、刻蝕與清洗43-44
• 4.1.3 ZnO 的制備及陰極修飾層的旋涂44
• 4.1.4 聚合物功能層的旋涂44
• 4.1.5 MoO3 空穴傳輸層和金屬陽極 Al 的蒸鍍44-45
• 4.1.6 金屬陽極 Al 的蒸鍍45
• 4.1.7 電池器件性能參數(shù)45
• 4.2 P3HT/碳銀復(fù)合材料基太陽能電池器件性能45-48
• 4.3 小結(jié)48-50
• 第五章 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
• 致謝及資助60-62
• 碩士期間發(fā)表的論文及其研究成果62

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