石墨烯量子點(diǎn)的可控制備及其光伏器件應(yīng)用的研究

【摘要】：作為一種新型零維碳納米材料，石墨烯量子點(diǎn)由于量子限域和尺寸、邊緣效應(yīng)所帶來的獨(dú)特的熱載流子注入能力和上轉(zhuǎn)換發(fā)光能力，使其在光電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。而且，使用石墨烯量子點(diǎn)的太陽能電池的效率在理論上具有超過Shockley-Queisser限制的可能。然而由于石墨烯量子點(diǎn)的大規(guī)模可控制備尚沒有得到很好的解決，而且關(guān)于其帶隙與發(fā)光機(jī)理的研究仍處于激烈的討論當(dāng)中，所以目前石墨烯量子點(diǎn)在光伏能源應(yīng)用領(lǐng)域的研究并不多。 本論文主要研究了石墨烯量子點(diǎn)的水熱法制備及其在硅基太陽能電池領(lǐng)域里面的應(yīng)用。 一、石墨烯量子點(diǎn)的水熱法制備及表征 水熱法是制備石墨烯量子點(diǎn)比較常用的一種方法，它以微米級(jí)的氧化石墨烯碎片為原料，經(jīng)過酸氧化超聲及水熱還原自上而下得到尺寸較小的石墨烯量子點(diǎn)。這種方法制備的石墨烯量子點(diǎn)，尺寸分布相對(duì)集中而且可以通過不同的超聲時(shí)間調(diào)整產(chǎn)物的尺寸分布，而它的帶隙與發(fā)光特性都存在很強(qiáng)的尺寸依賴性。另外，水熱法制備的石墨烯量子點(diǎn)因其表面含有較多含氧官能團(tuán)而具有較高的反應(yīng)活性，從而為下一步的表面功能化提供了可能。 二、石墨烯量子點(diǎn)硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池的研究 通過簡(jiǎn)單地溶液法形成的石墨烯量子點(diǎn)硅異質(zhì)結(jié)器件，由于石墨烯量子點(diǎn)較寬的帶隙及其與硅導(dǎo)帶相比較大的EC-LUMO差值，有效的抑制了界面處載流子的復(fù)合。在Au電極和n-Si之間插入一層GQDs，避免了由于電極與Si直接接觸而形成的硅金屬化合物，而且石墨烯量子點(diǎn)作為電子阻擋層減小了載流子在陽極的復(fù)合，提高了器件的開路電壓和短路電流，因而獲得了一個(gè)相對(duì)較高的效率。同時(shí)我們研究了晶體硅不同表面修飾及其不同厚度與不同尺寸分布石墨烯量子點(diǎn)對(duì)器件性能的影響，分析了器件的能帶結(jié)構(gòu)并對(duì)器件的機(jī)理有了初步的認(rèn)識(shí)，這種簡(jiǎn)單有效的構(gòu)建異質(zhì)結(jié)器件的方法為今后石墨烯量子點(diǎn)異質(zhì)結(jié)器件的研究提供了可能。 三、摻雜石墨烯量子點(diǎn)的有機(jī)無機(jī)雜化光伏器件的研究 基于高透明導(dǎo)電聚合物PEDOT:PSS的硅基雜化異質(zhì)結(jié)器件的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，目前這種雜化器件的效率普遍能達(dá)到10%以上。然而PEDOT:PSS只能作為空穴傳輸層在器件中發(fā)揮作用，當(dāng)摻入石墨烯量子點(diǎn)以后，就形成了一種將兩者優(yōu)異特性結(jié)合在一起的高導(dǎo)電復(fù)合物薄膜，這種薄膜既可以充當(dāng)空穴傳輸層，又能夠作為電子阻擋層，而且薄膜的電導(dǎo)率很高，載流子的分離與傳輸也十分的快速有效?；谶@種結(jié)構(gòu)的雜化異質(zhì)結(jié)器件的開路電壓和短路電流都相對(duì)比較高，其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)12.55%。這為未來低成本、高效率太陽能電池的研發(fā)提供了新的機(jī)遇。 【關(guān)鍵詞】：石墨烯量子點(diǎn) 異質(zhì)結(jié) 太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：O613.71;TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-38
• 1.1 引言10-12
• 1.2 石墨烯量子點(diǎn)概述12-30
• 1.2.1 石墨烯量子點(diǎn)的制備和表征13-20
• 1.2.2 石墨烯量子點(diǎn)的性能及應(yīng)用研究20-30
• 1.3 太陽能電池概述30-33
• 1.3.1 太陽能電池的原理及分類30-31
• 1.3.2 太陽能電池的主要性能參數(shù)31-33
• 1.4 本論文的研究?jī)?nèi)容及意義33-34
• 參考文獻(xiàn)34-38
• 第二章 石墨烯量子點(diǎn)的制備和表征38-47
• 2.1 引言38-39
• 2.2 石墨烯量子點(diǎn)的制備39-42
• 2.2.1 氧化石墨烯的制備39-40
• 2.2.2 石墨烯量子點(diǎn)的水熱法制備40-42
• 2.3 石墨烯量子點(diǎn)的表征42-45
• 2.3.1 GQDs 的 TEM 表征42-43
• 2.3.2 GQDs 的紫外可見吸收表征43
• 2.3.3 GQDs 的紅外及拉曼表征43-44
• 2.3.4 GQDs 的 PL 及 PLE 表征44
• 2.3.5 GQDs 的表征所用儀器設(shè)備44-45
• 2.5 本章小結(jié)45
• 參考文獻(xiàn)45-47
• 第三章 基于石墨烯量子點(diǎn)/平面硅的異質(zhì)結(jié)太陽能電池47-61
• 3.1 引言47-48
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分48-50
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備48
• 3.2.2 器件制備與表征48-50
• 3.3 結(jié)果與討論50-58
• 3.3.1 不同表面修飾對(duì)器件性能的影響50-52
• 3.3.2 不同結(jié)構(gòu)器件性能的對(duì)比52-56
• 3.3.3 不同厚度與不同尺寸分布 GQDs 對(duì)器件性能的影響56-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 參考文獻(xiàn)59-61
• 第四章 摻雜石墨烯量子點(diǎn) PEDOT:PSS 有機(jī)/無機(jī)雜化太陽能電池性能的研究61-71
• 4.1 引言61-63
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分63-64
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備63
• 4.2.2 器件制備與表征63-64
• 4.3 結(jié)果與討論64-69
• 4.3.1 不同 GQDs 摻雜含量對(duì)器件性能的影響64-66
• 4.3.2 經(jīng)過工藝優(yōu)化后的器件性能研究66-69
• 4.4 本章小結(jié)69
• 參考文獻(xiàn)69-71
• 第五章 結(jié)論71-73
• 攻讀學(xué)位期間本人出版或公開發(fā)表的論著、論文73-74
• 致謝74-75

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來了解更多相關(guān)內(nèi)容

量子點(diǎn)的制備技術(shù)及進(jìn)展    張海明;鐘宏杰;

單根碳納米管的低溫電輸運(yùn)性質(zhì)    王治金;劉曉軍;

量子點(diǎn)中極化子的速率對(duì)光學(xué)聲子平均數(shù)的影響    張鵬;肖景林;

硒化鎘量子點(diǎn)的合成及表征    張毅;

量子點(diǎn)毒性效應(yīng)的研究進(jìn)展    李鴻程;周群芳;劉偉;閆兵;趙一兵;江桂斌;

量子點(diǎn)光學(xué)傳感器的研究進(jìn)展    來守軍;

CdSe/CdS量子點(diǎn)熒光猝滅法測(cè)定芹黃素的研究    田建裊;韋盛志;趙彥春;趙書林;

近紫外區(qū)CdS量子點(diǎn)的合成及表征    張毅;

CdSe/ZnS量子點(diǎn)的合成及表征    楊保升;馬義才;

量子點(diǎn)的聚合物表面修飾及其應(yīng)用    來守軍;關(guān)曉琳;

核/殼量子點(diǎn)與生物分子偶聯(lián)機(jī)制及其熒光特征的量子力學(xué)分析    張黎黎;張燦邦;張宏偉;周凌云;

光控耦合雙量子點(diǎn)之間的超快相位門    陳立波;L.J.Sham;EdoWaks;顧永建;

一種基于酵母細(xì)胞的硒化鎘量子點(diǎn)的綠色合成方法    李勇;謝志雄;

基于量子點(diǎn)與熒光微球雙色并發(fā)機(jī)制的單分子檢測(cè)研究    楊坤;張春陽;

石墨烯量子點(diǎn)的合成及光譜特性研究    張立明;張智軍;

石墨烯量子點(diǎn)的制備及其在生物成像領(lǐng)域的應(yīng)用    朱守俊;張俊虎;劉學(xué);唐詩(shī)佳;李波;楊柏;

激光與量子點(diǎn)和生物分子偶聯(lián)結(jié)構(gòu)的極化子或激子的相互作用機(jī)制的量子力學(xué)分析    張黎黎;張燦邦;張宏偉;周凌云;

半導(dǎo)體量子點(diǎn)的庫(kù)侖荷電效應(yīng)    王迅;

量子點(diǎn)與Hela的相互作用    董玥;尚欣;郝先;朱永春;王宏達(dá);

近場(chǎng)激發(fā)下的量子點(diǎn)共振能量轉(zhuǎn)移研究    苑光輝;明海;王沛;

單個(gè)電子可如“乒乓球”般在量子點(diǎn)間往返    張巍巍

科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：量子點(diǎn)不是點(diǎn)    劉霞

量子點(diǎn)與經(jīng)典數(shù)據(jù)流可在光纖內(nèi)同行    記者 劉霞

量子點(diǎn)全光開關(guān)有望讓光互聯(lián)取代電子互聯(lián)    劉霞

美公司推出高性能量子點(diǎn)感光元件    馮衛(wèi)東

美研究可高效阻斷蛋白生成的量子點(diǎn)技術(shù)    馮衛(wèi)東

我國(guó)量子點(diǎn)研究獲新突破    劉牧洋

“量子點(diǎn)”熒光標(biāo)記初露端倪    王全楚

中科院化學(xué)所成功制備量子點(diǎn)熒光微球    記者馬艷紅

美利用量子點(diǎn)提高光電轉(zhuǎn)換率    記者　 毛黎

Si表面Ge量子點(diǎn)的MBE外延生長(zhǎng)及其結(jié)構(gòu)表征    王科范

食管癌相關(guān)分子功能和納米材料量子點(diǎn)新特性研究    董喬梅

幾種納米體系的制備表征和生物應(yīng)用    苗雁鳴

Ⅲ-V族化合物半導(dǎo)體材料GaN外延膜和InAs量子點(diǎn)的制備及光學(xué)特性研究    楊景海

胰島素受體親合短肽的篩選、合成及量子點(diǎn)熒光標(biāo)記的研究    王會(huì)堂

低維半導(dǎo)體材料（InGaN量子阱、InAs量子點(diǎn)）顯微結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能關(guān)系研究    呂威

介觀Kondo輸運(yùn)    房鐵峰

微腔中多體系統(tǒng)的新奇量子相變及其調(diào)控    陳剛

核殼型量子點(diǎn)和功能化聚苯乙烯微球的制備、表征及在熒光標(biāo)記上的應(yīng)用    傅昕

Si襯底上低壓MOCVD生長(zhǎng)ZnS，ZnSe薄膜和ZnSe量子點(diǎn)    趙曉薇

合成水溶性量子點(diǎn)及其作為離子探針    任娟

水溶性量子點(diǎn)和磁性納米粒子的制備    左超

聲子腔中半導(dǎo)體雙量子點(diǎn)量子比特的動(dòng)力學(xué)    鞠文明

電子—聲子相互作用對(duì)量子環(huán)輸運(yùn)性質(zhì)的影響    龍宇

壓力下應(yīng)變GaN/Al_xGa_（1-x）N柱形量子點(diǎn)中雜質(zhì)態(tài)結(jié)合能    張冬

水相合成量子點(diǎn)用于生物分子檢測(cè)的研究    萬異

CdSe/CdS量子點(diǎn)薄膜的制備及其光電性能    陳澤冠

新型水溶性CdTe量子點(diǎn)熒光探針的制備及其在腫瘤多藥耐藥研究中的應(yīng)用    劉俊余

量子點(diǎn)與量子位構(gòu)造    常加峰

GeSi量子點(diǎn)PL譜的研究    陳言午