功能化氧化石墨烯在共轭聚合物共混薄膜中的作用机理及应用

发布时间：2020-10-24 11:26

　　 随着人类社会的不断发展,化石能源逐渐枯竭、生态环境日益恶化等问题严重制约了全球的可持续发展。解决当今能源问题的方法除了优化化石能源的开采和使用工艺外,寻找可替代化石燃料的新能源无疑是一个新的突破点,而太阳能一直是人类不断研究开发的重点对象。传统的硅基太阳能电池由于复杂的工艺和过高的生产成本,不利于进一步地开发和应用。有机电子学的兴起使有机太阳能电池逐渐进入大众的视野,价廉、质轻、柔性、溶液制备、可roll-to-roll工艺生产等优点无疑使有机太阳能电池成为替代硅基太阳能电池成为主流光伏器件的新星。基于有机材料的设计、器件工艺的改善、有效的界面工程等优化手段,有机太阳能电池的能量转换效率迎来了新的突破。目前,单结有机太阳能电池的效率已突破16%,叠层有机太阳能电池的效率也已超过17%。石墨烯被称作二维材料中的“明星材料”,而氧化石墨烯是石墨烯的氧化物,是石墨烯最常见的衍生物。很多文献中都报道了石墨烯及氧化石墨烯在有机电子学领域的诸多应用,比如透明电极、电子或空穴传输层以及作为电子受体材料与共轭聚合物给体结合等。由于氧化石墨烯具有很多含氧基团,这些含氧基团在赋予了氧化石墨烯优异的亲水性以及带隙可调、可溶液加工的性质外,也使其难以在非极性有机溶剂中分散。在有机电子学领域的大多数材料只能在有机溶剂中被加工处理,因此需要特殊手段对氧化石墨烯进行功能化修饰,使其有效地分散在非极性有机溶剂中,这是将氧化石墨烯掺入有机光伏器件活性层中的前提关键。而在已有的报道中,氧化石墨烯作为受体的有机太阳能电池的效率普遍不高,因此我们需要转换思路,将功能化氧化石墨烯作为第三元掺入光活性层中,对共轭聚合物共混薄膜的形貌、结晶性、相分离、电荷转移及传输特性等性质进行深入表征并制备经氧化石墨烯功能化调控的高效有机光电功能器件。本研究的主要内容包括:1.功能化小尺寸氧化石墨烯优化PTB7:PC71BM共混薄膜的结晶度和相分离。我们使用一种阳离子表面活性剂DDAB实现了离子键功能化氧化石墨烯的制备,并通过Sono-Fenton反应降低了氧化石墨烯的相尺寸。将功能化小尺寸氧化石墨烯(DDAB-sGO)掺入到活性层PTB7:PC71BM混合物中,探究了 DDAB-sGO诱导的光活性层薄膜的相分离以及光激发下的电荷转移特性,并且制备了性能显著提升的有机太阳能电池。2.功能化氧化石墨烯助力高效的大厚度本体异质结有机太阳能电池。我们利用PTB7辅助的氧化石墨烯相转移方法,制备了PTB7 π-π作用修饰的功能化氧化石墨烯(P-GO),成功地转移到非极性溶剂氯苯中,并研究了PTB7在氧化石墨烯上的结晶性增强机制。将P-GO作为第三元掺入有机光伏器件的活性层(PTB7:PC71BM)薄膜中,研究了P-GO的掺杂对光活性层薄膜分子取向和电荷传输特性的改善机制并获得了性能稳定的大厚度活性层的有机光伏器件,推动了有机光伏产业的卷对卷大规模工艺生产和商业化进程。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.2;TM914.4
【部分图文】：

图２－１氧化石墨烯通过ＤＤＡＢ离子功能化修饰示意图％。??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｔｈｅ?ｉｏｎｉｃ?ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ?ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＧＯ?ｂｙ?ＤＤＡＢ＊６＊??）?ｔｔ－ｔｔ作用修饰。由于氧化石墨烯的片层上存在着未被氧化的共轭区域，因以与共轭分子通过范德华力相互吸附｜７，８１。Ｓｕ等人Ｍ提出使用芘（ＰｙＳ）?Ｔｗ用修饰的还原氧化石墨烯复合材料作为光电子器件的电极，可有效提高还原石墨烯的导电性，并且茈酰亚胺（Ｐ［）丨）也有相同的功效。??．１．３有机太阳能电池的制备??本文中制备的有机太阳能电池均使用倒置结构，其结构为ＩＴＯ／ＺｎＯ／有源〇Ｏｘ／Ａｇ。倒置有机太阳能电池的制备过程主要包括基片的淸洗和预处理、电输层的制备、光活性层的制备、阳极修饰层以及金属电极的蒸镀。??１）基片的清洗和预处理。在有机太阳能电池中，ＩＴＯ表面的清洁程度、度对成膜质量和器件最终性能有着很大的影响。１ＴＯ表面沾有污染物时会影

３光致激发动力学表征??１）时间分辨单光子计数（ＴＣＳＰＣ）系统。其基本原理⑴…是：由一串窄冲激光激发样品溶液或者薄膜产生荧光，使其在一个脉冲周期内完成荧光强减，探测并记录下样品发射的第一个光子到达接收器相对于脉冲激光的时过足够多次的探测周期后，建立荧光光子相对于激发脉冲的时间分布统计可以得到待探测样品的荧光衰减曲线。??由飞秒级激光发射器产生特定频率的脉冲激光，经倍频器分束成两束不同相干光。一束光经光电二级管（ＰＤ）产生用于记录脉冲触发时间的电信号。??束用于激发待测样品产生荧光，经透镜汇聚、准直后进入光电倍增管（ＰＭＴ）??成电信号并被放大后，经由恒比鉴别器（ＣＦＤ）输出脉冲截止时间信号。冲开始和截止的时间信号均经时幅转换器（ＴＡＣ）转换成电压输出信号，过模数转换器（ＡＤＣ）被统计，即获得荧光衰减时间的分布图。??光源的参?阈偵??

图３－２?（ａ，ｂ）和（ｃ，ｄ）分别?
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本文编号：2854400