可溶液加工的石墨烯在有機(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用

【摘要】：近年來(lái)，由于全球能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，高效率、低成本的太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)成為人們研究的熱點(diǎn)。過(guò)去的十年間，有機(jī)太陽(yáng)能電池蓬勃發(fā)展，能量轉(zhuǎn)換效率從3%刷新到接近9%。目前，有機(jī)太陽(yáng)能電池尚存在如下問(wèn)題： 第一，在活性層成膜過(guò)程中，大多使用有毒的有機(jī)溶劑，如氯仿，氯苯，甲苯等，污染環(huán)境。同時(shí)，活性層中的受體材料大多采用富勒烯及其衍生物，這些材料需要經(jīng)過(guò)多次提純才能達(dá)到在器件中應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，從而大大增加了有機(jī)太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)成本，導(dǎo)致其energy payback過(guò)低。這些與太陽(yáng)能電池“清潔，環(huán)境友好，成本低廉”的初衷相違背的。 第二，有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池中普遍應(yīng)用導(dǎo)電聚合物PEDOT:PSS作為陽(yáng)極與活性層之間的界面修飾，增強(qiáng)陽(yáng)極與活性層的接觸、增加空穴的收集。但是，由于PEDOT:PSS具有高的酸性、吸濕性，以及較低的導(dǎo)電性，從而限制了器件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池體系，多采用MoO_3為空穴傳輸層。但MoO_3功函數(shù)（-5.5eV）與ITO電極功函數(shù)（-4.7eV）相差較大，這一能級(jí)上的不匹配易形成勢(shì)壘，影響電極對(duì)空穴的收集，進(jìn)而限制的器件短路電流。 針對(duì)以上問(wèn)題，在本論文中我們提出以下解決方案： 一．本論文擬設(shè)計(jì)制備帶有羧基或磺酸基的水溶性聚噻吩衍生物，以其為分散劑，通過(guò)非共價(jià)鍵功能化分散/還原法制備在水中能夠穩(wěn)定分散的石墨烯。以水溶性聚噻吩衍生物為電子給體，石墨烯為電子受體制備光敏薄膜，研究石墨烯的含量、退火、成膜條件等對(duì)薄膜聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。以其為活性層制備太陽(yáng)能電池，研究電池的性能與薄膜形態(tài)和器件結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，為制備高性能、清潔、低成本的水溶性聚合物太陽(yáng)能電池提供理論與實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 二．我們?cè)诰酆衔锾?yáng)能電池的ITO電極與PEDOT:PSS層之間引入石墨烯緩沖層，以阻隔PEDOT:PSS對(duì)ITO電極的腐蝕，增強(qiáng)器件的穩(wěn)定性。在小分子太陽(yáng)能電池的ITO電極與MoO_3層之間引入石墨烯緩沖層，使電極處能級(jí)結(jié)構(gòu)更加匹配，有利于空穴的收集。同時(shí)，由于石墨烯具有較高的導(dǎo)電性，可以很好的改善界面的電學(xué)性質(zhì)，有利于器件中空穴的傳輸。同時(shí)，石墨烯可通過(guò)溶液法加工制備，且源材料為價(jià)格低廉的石墨粉，有效的控制了生產(chǎn)成本。 【關(guān)鍵詞】：氧化石墨 水相分散的石墨烯 有機(jī)太陽(yáng)能電池
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-35
• 1.1 引言9-11
• 1.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的重要發(fā)展歷程11-22
• 1.2.1 有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池的發(fā)展12-16
• 1.2.2 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的發(fā)展16-20
• 1.2.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池受體材料的發(fā)展20-22
• 1.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu)，工作原理和性能表征22-29
• 1.3.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池的主要器件結(jié)構(gòu)22-25
• 1.3.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的工作原理25-26
• 1.3.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能表征26-29
• 1.4 本論文的設(shè)計(jì)思想29-31
• 參考文獻(xiàn)31-35
• 第二章 基于水溶性聚噻吩衍生物和石墨烯的綠色聚合物太陽(yáng)能電池35-55
• 2.1 引言35-40
• 2.1.1 基于水溶性聚合物的綠色太陽(yáng)能電池發(fā)展歷程35-36
• 2.1.2 石墨烯的崛起36-37
• 2.1.3 石墨烯的制備方法37-38
• 2.1.4 石墨烯在聚合物太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用38-40
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分40-43
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)用試劑40
• 2.2.2 非共價(jià)鍵功能化法制備水中分散的石墨烯40-41
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)用測(cè)試儀器及測(cè)試樣品制備41-43
• 2.3 結(jié)果與討論43-49
• 2.3.1 GO 的表征43-45
• 2.3.2 石墨烯的表征與器件光伏性能45-49
• 2.4 本章小結(jié)49-50
• 參考文獻(xiàn)50-55
• 第三章 基于石墨烯做電極修飾層的有機(jī)太陽(yáng)能電池55-68
• 3.1 引言55-56
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分56-58
• 3.3 結(jié)果與討論58-63
• 3.3.1 石墨烯做界面修飾的聚合物太陽(yáng)能電池體系光伏性能58-60
• 3.3.2 石墨烯做界面修飾的小分子太陽(yáng)能電池體系光伏性能60-63
• 3.4 本章總結(jié)63-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 第四章 結(jié)論與展望68-70
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表文章70-73
• 作者簡(jiǎn)介73-74
• 致謝74-76
• 特別感謝為本論文的完成提供經(jīng)費(fèi)支持的基金和項(xiàng)目76

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