具有紧密接触杂化界面的共轭聚合物/无机半导体纳米晶薄膜制备及其性能研究
发布时间：2020-12-28 16:57
以共轭聚合物为电子给体,无机半导体纳米晶为电子受体的有机-无机杂化太阳能电池因其兼具有机材料和无机材料的优点、成本低、加工性好等优点,近年来备受研究人员关注。但有机-无机杂化太阳能电池的器件效率普遍比较低,主要是因为活性层的微观形貌难以控制。目前,有机-无机杂化太阳能电池的活性层主要是通过共轭聚合物和无机半导体纳米晶物理共混法制备得到,然而共轭聚合物和无机半导体纳米晶之间的相容性较差,从而无机半导体纳米晶在有机共轭聚合物中容易聚集,分散性差,发生宏观相分离,导致激子分离效率低。同时,难以形成紧密接触的共轭聚合物和无机半导体纳米晶杂化界面,不利于电荷的快速转移。因此,形成具有紧密接触的共轭聚合物/无机半导体纳米晶杂化界面,同时获得纳米尺度上的连续互穿导电网络结构,是提高杂化太阳能电池效率的关键。本文分别通过两亲性嵌段共聚物和类卤素原位钝化纳米晶相结合,以及在聚合物中原位生长纳米晶的方法两条路线来改善共轭聚合物和无机半导体纳米晶之间的相容性,从而获得紧密接触的共轭聚合物/无机半导体纳米晶杂化界面,构建具有连续互穿导电网络结构的杂化材料体系,并对其光电性质进行了研究。首先,采用格氏置换聚合法...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）有机－无机杂化太阳能电池结构示意图，（ｂ）?Ｄ／Ａ本体异质结太阳能电池示意图
?第１章绪论???ＬＵＭＯ?ｃｈａｒｇｅ?ｔｒａｎｓｆｅｒ??￣Ｐ＼ｒ?萏［５??．…ｈｙ＾??ｉ?＊?ｍ?？???■＿■＿■????一＿＂丨—ｉｉ?Ｉ■■丨■…．??１￣￣￣￣Ｌ￣ｖ?ｕｉｉｔｕｓｉｏｎ??Ｖ＂＂Ｗ??Ａｎ〇ｄｅ?ＨＯＭＯ仁④?Ｃａｔｈｏｄｅ??Ｐｌｏｙｍｅｒ?ＮＣｓ????图１．２有机－无机杂化太阳能电池的工作原理??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆｏｒｇａｎｉｃ?－?ｉｎｏｒｇａｎｉｃ?ｈｙｂｒｉｄ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌｓ．??（ａ）光的吸收??首先，当入射光到达活性层后，活性层中的共轭聚合物吸收了入射光中很??大一部分的光能，无机半导体纳米晶则吸收很少一部分的光能。电子在吸收光??能后被激发形成激子。??（ｂ）激子扩散??为得到自由载流子，需要激子在共轭聚合物／无机半导体纳米晶界面发生电??荷分离。然而，激子本身不带电荷，它的移动是依靠激子的浓度梯度差进行的??扩散运动。但是，激子在共轭聚合物中有效扩散长度大约只有１０－２０?因此，??激子需要在１０－２０?ｎｍ范围以内经扩散到达Ｄ／Ａ界面。如果激子不能到达Ｄ／Ａ界??面，不能产生自由载流子，不能对光生电流做出贡献。??（ｃ）电荷转移??激子扩散到共轭聚合物和无机半导体纳米晶的杂化界面后，为了使得激子??在Ｄ／Ａ界面上能够进行有效的电荷分离，需要共轭聚合物给体的ＬＵＭＯ和??ＨＯＭＯ能级分别高于无机半导体纳米晶受体的ＬＵＭＯ和ＨＯＭＯ能级约０．５?ｅＶ，??因为共轭聚合物中激子的束缚能约为０．３－０．５ｅＶ，所以（给体ＬＵＭＯ?—受??体ＬＵＭＯ）与Ａ＾〇ｗ〇?
?第１章绪论???当增加，相应器件的电流密度也会随之增加，器件的性能也有所提高。当活性??层厚度为１５０?ｎｍ时，ＺｎＯ／Ｐ３ＨＴ杂化器件的内量子效率和短路电流都达到最高，??器件的最高效率也达到２％。??：??＿??？３?１００?Ｋ＾Ｏ?５０Ｃ?６０Ｇ?ｆｔ?ＩＯＣ?３Ｃ０?＾〇〇?４〇Ｃ?ｖ?１００?２００?３００?４００??Ｄ＝ｓｕｒｃ＜．?Ｕ：．ｍ）??（ｄ）?（ｅ）?（ｆ）??图１．３?（ａ）？（ｃ）利用电子断层成像技术得到的不同厚度下的Ｐ３ＨＴ／ＺｎＯ活性层三维结??构图（７００?ｎｍｘ７００ｎｍ），（ｄ）？（ｆ）水平截面的激子猝灭效果图［３１］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?（ａ）？（ｃ）?ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｃｔｉｖｅ?ｌａｙｅｒ?ｏｆ?Ｐ３ＨＴ／ＺｎＯ?ａｔ??ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｂｙ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ?（７００?ｎｍ＞＜７００?ｎｍ），ａｎｄ?（ｄ）？（ｆ）?ｅｘｃｉｔｉｏｎ??ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ?ｅｆｆｅｃｔ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｓｅｃｔｉｏｎ＾３１］??１．３．２共轭聚合物的功能化??对共轭聚合物进行端基功能化可以有效改善共轭聚合物／无机半导体纳米??晶间的界面结构。用末端功能化的官能团修饰共轭聚合物的侧链不仅能使共轭??聚合物的溶解性得到提高，还能使共轭聚合物和无机半导体纳米晶之间的电子??耦合作用得到增加。研究表明，对共轭聚合物进行端基功能化能有效改进和提??高杂化太阳能电池的光伏性能。Ｌｉｕ等［３２］将氨基功能化的Ｐ３ＨＴ与吡啶处理
【参考文献】：
期刊论文
[1]PbS纳米粒子与全共轭高分子的自组装膜原位复合及其光电转换性质[J]. 高玲玲,佟斌,姚桂君,董宇平,张茂锋,LAMJacky Wing Yip,唐本忠. 高分子学报. 2005(03)
本文编号：2944087
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）有机－无机杂化太阳能电池结构示意图，（ｂ）?Ｄ／Ａ本体异质结太阳能电池示意图
?第１章绪论???ＬＵＭＯ?ｃｈａｒｇｅ?ｔｒａｎｓｆｅｒ??￣Ｐ＼ｒ?萏［５??．…ｈｙ＾??ｉ?＊?ｍ?？???■＿■＿■????一＿＂丨—ｉｉ?Ｉ■■丨■…．??１￣￣￣￣Ｌ￣ｖ?ｕｉｉｔｕｓｉｏｎ??Ｖ＂＂Ｗ??Ａｎ〇ｄｅ?ＨＯＭＯ仁④?Ｃａｔｈｏｄｅ??Ｐｌｏｙｍｅｒ?ＮＣｓ????图１．２有机－无机杂化太阳能电池的工作原理??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆｏｒｇａｎｉｃ?－?ｉｎｏｒｇａｎｉｃ?ｈｙｂｒｉｄ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌｓ．??（ａ）光的吸收??首先，当入射光到达活性层后，活性层中的共轭聚合物吸收了入射光中很??大一部分的光能，无机半导体纳米晶则吸收很少一部分的光能。电子在吸收光??能后被激发形成激子。??（ｂ）激子扩散??为得到自由载流子，需要激子在共轭聚合物／无机半导体纳米晶界面发生电??荷分离。然而，激子本身不带电荷，它的移动是依靠激子的浓度梯度差进行的??扩散运动。但是，激子在共轭聚合物中有效扩散长度大约只有１０－２０?因此，??激子需要在１０－２０?ｎｍ范围以内经扩散到达Ｄ／Ａ界面。如果激子不能到达Ｄ／Ａ界??面，不能产生自由载流子，不能对光生电流做出贡献。??（ｃ）电荷转移??激子扩散到共轭聚合物和无机半导体纳米晶的杂化界面后，为了使得激子??在Ｄ／Ａ界面上能够进行有效的电荷分离，需要共轭聚合物给体的ＬＵＭＯ和??ＨＯＭＯ能级分别高于无机半导体纳米晶受体的ＬＵＭＯ和ＨＯＭＯ能级约０．５?ｅＶ，??因为共轭聚合物中激子的束缚能约为０．３－０．５ｅＶ，所以（给体ＬＵＭＯ?—受??体ＬＵＭＯ）与Ａ＾〇ｗ〇?
?第１章绪论???当增加，相应器件的电流密度也会随之增加，器件的性能也有所提高。当活性??层厚度为１５０?ｎｍ时，ＺｎＯ／Ｐ３ＨＴ杂化器件的内量子效率和短路电流都达到最高，??器件的最高效率也达到２％。??：??＿??？３?１００?Ｋ＾Ｏ?５０Ｃ?６０Ｇ?ｆｔ?ＩＯＣ?３Ｃ０?＾〇〇?４〇Ｃ?ｖ?１００?２００?３００?４００??Ｄ＝ｓｕｒｃ＜．?Ｕ：．ｍ）??（ｄ）?（ｅ）?（ｆ）??图１．３?（ａ）？（ｃ）利用电子断层成像技术得到的不同厚度下的Ｐ３ＨＴ／ＺｎＯ活性层三维结??构图（７００?ｎｍｘ７００ｎｍ），（ｄ）？（ｆ）水平截面的激子猝灭效果图［３１］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?（ａ）？（ｃ）?ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｃｔｉｖｅ?ｌａｙｅｒ?ｏｆ?Ｐ３ＨＴ／ＺｎＯ?ａｔ??ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｂｙ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ?（７００?ｎｍ＞＜７００?ｎｍ），ａｎｄ?（ｄ）？（ｆ）?ｅｘｃｉｔｉｏｎ??ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ?ｅｆｆｅｃｔ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｓｅｃｔｉｏｎ＾３１］??１．３．２共轭聚合物的功能化??对共轭聚合物进行端基功能化可以有效改善共轭聚合物／无机半导体纳米??晶间的界面结构。用末端功能化的官能团修饰共轭聚合物的侧链不仅能使共轭??聚合物的溶解性得到提高，还能使共轭聚合物和无机半导体纳米晶之间的电子??耦合作用得到增加。研究表明，对共轭聚合物进行端基功能化能有效改进和提??高杂化太阳能电池的光伏性能。Ｌｉｕ等［３２］将氨基功能化的Ｐ３ＨＴ与吡啶处理
【参考文献】：
期刊论文
[1]PbS纳米粒子与全共轭高分子的自组装膜原位复合及其光电转换性质[J]. 高玲玲,佟斌,姚桂君,董宇平,张茂锋,LAMJacky Wing Yip,唐本忠. 高分子学报. 2005(03)
本文编号：2944087
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