PANI:La_2O_3體異質(zhì)結(jié)光伏器件的制作與性能研究

【摘要】：近年來(lái),有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的研究備受人們關(guān)注。在眾多導(dǎo)電聚合物中,聚苯胺(PANI)由于其自身的優(yōu)異特性,被認(rèn)為是目前最有希望在實(shí)際中得到應(yīng)用的導(dǎo)電聚合物。 本論文以苯胺(AN)為單體,質(zhì)子酸為H+摻雜劑,過(guò)硫酸銨(APS)為氧化劑,用化學(xué)法合成了電導(dǎo)率較高的PANI。分別研究了對(duì)甲基苯磺酸(p-TSA)、H2SO4、HCl及H3P04等不同種類(lèi)質(zhì)子酸以及以p-TSA為H+摻雜劑時(shí),APS的用量對(duì)PANI電導(dǎo)率σ的影響。結(jié)果表明,以1.00mol·L-1的p-TSA為H+摻雜劑、APS和AN摩爾比nAPS:nAN=1:1時(shí)合成的PANI電導(dǎo)率σ最高,為200S.cm-1。掃描電子顯微鏡(SEM)研究結(jié)果表明,在此條件下合成的PANI為直徑約60nm的纖維,纖維的分支化程度比較高,這有利于減小PANI的分子鏈間電阻,提高材料電導(dǎo)率。 采用循環(huán)伏安(CV)法和紫外-可見(jiàn)(UV-Vis)分光光度法分析了在上述實(shí)驗(yàn)條件下合成的PANI的能級(jí)結(jié)構(gòu)。根據(jù)差熱-熱重分析(DSC-TG)結(jié)果確定了所合成的PANI的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。結(jié)果表明,PANI的最高占有軌道的能級(jí)EHOMO＝-4.85eV,最低空軌道的能級(jí)ELUMO＝-3.20eV,能隙Eg=1.656V。PANI的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為185℃,結(jié)構(gòu)坍縮溫度大于225℃。 采用溶劑蒸發(fā)法制備了以PANI與La203共混活性層為體異質(zhì)結(jié)的光伏器件ITO/PANI:La2O3/ITO。改變活性層中PANI與La203的質(zhì)量比,在暗箱和模擬太陽(yáng)光照射的條件下分別測(cè)試了器件的電流-電壓(I-U)特性曲線(xiàn)。結(jié)果表明,當(dāng)PANI與La203的質(zhì)量比為1：4時(shí)器件的光伏性能最佳,開(kāi)路電壓UOC＝117mV,短路電流ISC＝53μA,填充因子FF=0.222。 研究了La203在700℃下預(yù)燒結(jié)處理以及ITO/PANI:La2O3/ITO器件在200℃下的退火處理對(duì)ITO/PANI:La2O3/ITO光伏性能的影響。X-射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,預(yù)燒結(jié)后,La203粉體的粒度變化不明顯,但純度增大。SEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,退火有利于PANI:La2O3活性層中材料結(jié)構(gòu)的規(guī)整。進(jìn)行上述兩種熱處理方法后,ITO/PANI:La2O3/ITO器件的Isc和FF都有明顯的、不同程度的增加。 【關(guān)鍵詞】：有機(jī)太陽(yáng)能電池 聚苯胺 氧化鑭 體異質(zhì)結(jié) 光伏特性
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4;O657
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-26
• 1.1 有機(jī)/聚合物太陽(yáng)能電池的研究背景11
• 1.2 有機(jī)/聚合物太陽(yáng)能電池的工作原理11-20
• 1.2.1 有機(jī)半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理11-12
• 1.2.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池器件工作的物理過(guò)程12-13
• 1.2.3 有機(jī)/聚合物光伏器件結(jié)構(gòu)13-15
• 1.2.4 有機(jī)/聚合物太陽(yáng)能電池特性15-18
• 1.2.5 體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 聚苯胺的基本介紹20-25
• 1.3.1 聚苯胺的分子結(jié)構(gòu)20-21
• 1.3.2 聚苯胺的制備方法21-22
• 1.3.3 聚苯胺的導(dǎo)電機(jī)理22-23
• 1.3.4 聚苯胺的應(yīng)用23-25
• 1.4 納米氧化鑭的基本介紹25
• 1.5 本課題研究的目的和意義25-26
• 第2章 聚苯胺的合成與性能測(cè)試26-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑26-27
• 2.2 PANI的合成27-28
• 2.2.1 PANI的合成方法27
• 2.2.2 不同濃度p-TSA為摻雜劑的PANI的合成27
• 2.2.3 不同n_APS:n_AN比值條件下PANI的合成27
• 2.2.4 以不同種類(lèi)的酸為H~+摻雜劑的PANI的合成27
• 2.2.5 PANI修飾Pt電極的制備27-28
• 2.3 PANI的表征28-29
• 2.3.1 PANI的室溫電導(dǎo)率測(cè)試28
• 2.3.2 PANI的SEM實(shí)驗(yàn)28
• 2.3.3 循環(huán)伏安曲線(xiàn)的測(cè)試28
• 2.3.4 紫外-可見(jiàn)分光光譜測(cè)試28-29
• 2.3.5 差熱-熱重分析29
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論29-34
• 2.4.1 電導(dǎo)率測(cè)定結(jié)果分析29-30
• 2.4.2 PANI的SEM測(cè)試結(jié)果30-31
• 2.4.3 PANI的循環(huán)伏安(CV)測(cè)試結(jié)果31-32
• 2.4.4 PANI的紫外-可見(jiàn)吸收光譜測(cè)試結(jié)果分析32-33
• 2.4.5 PANI的熱性能分析33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-36
• 第3章 ITO/PANI:La_2O_3/ITO體異質(zhì)結(jié)光伏器件的研究36-51
• 3.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑36-37
• 3.2 ITO/PANI:La_2O_3/ITO體異質(zhì)結(jié)光伏器件的能級(jí)結(jié)構(gòu)分析37
• 3.3 ITO/PANI:La_2O_3/ITO體異質(zhì)結(jié)光伏器件的制作37-39
• 3.3.1 ITO導(dǎo)電玻璃的清洗和導(dǎo)電面的鑒別37-38
• 3.3.2 ITO/PANI/ITO和ITO/La_2O_3/ITO單層器件的制作38
• 3.3.3 ITO/PANI:La_2O_3/ITO體異質(zhì)結(jié)的制作38-39
• 3.4 ITO/PANI:La_2O_3/ITO體異質(zhì)結(jié)光伏器件的特性測(cè)試39-40
• 3.4.1 ITO/PANI/ITO和ITO/La_2O_3/ITO單層器件的歐姆接觸性能測(cè)試39
• 3.4.2 ITO/PANI:La_2O_3/ITO體異質(zhì)結(jié)的整流特性測(cè)試39
• 3.4.3 ITO/PANI:La_2O_3/ITO體異質(zhì)結(jié)的負(fù)載特性測(cè)試39-40
• 3.5 ITO/PANI:La_2O_3/ITO體異質(zhì)結(jié)光伏器件結(jié)特性分析40-45
• 3.5.1 ITO/PANI/ITO單層器件的歐姆接觸性能及阻值分析40-41
• 3.5.2 ITO/La_2O_3/ITO單層器件的歐姆接觸性能及阻值分析41-42
• 3.5.3 ITO/PANI:La_2O_3/ITO體異質(zhì)結(jié)的整流特性分析42-43
• 3.5.4 ITO/PANI:La_2O_3/ITO體異質(zhì)結(jié)的負(fù)載特性分析43-44
• 3.5.5 光照強(qiáng)度對(duì)ITO/PANI:La_2O_3/ITO器件光伏性能的影響44-45
• 3.6 La_2O_3燒結(jié)對(duì)ITO/PANI:La_2O_3/ITO器件光伏性能的影響45-47
• 3.6.1 La_2O_3燒結(jié)實(shí)驗(yàn)45
• 3.6.2 燒結(jié)前后La_2O_3的XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析45-46
• 3.6.3 La_2O_3燒結(jié)對(duì)ITO/PANI:La_2O_3/ITO器件性能的影響46-47
• 3.7 退火處理對(duì)ITO/PANI:La_2O_3/ITO器件性能的影響47-49
• 3.7.1 ITO/PANI:La_2O_3/ITO器件的退火處理47
• 3.7.2 ITO/PANI:La_2O_3/ITO器件退火前后的SEM結(jié)果分析47-48
• 3.7.3 退火處理對(duì)ITO/PANI:La_2O_3/ITO器件光伏性能的影響48-49
• 3.8 本章小結(jié)49
• 3.9 實(shí)驗(yàn)中不足與展望49-51
• 3.9.1 實(shí)驗(yàn)中不足與改進(jìn)方向49-50
• 3.9.2 展望50-51
• 第4章 結(jié)論51-53
• 參考文獻(xiàn)53-59
• 致謝59

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