可溶液加工的石墨烯量子点薄膜及器件的研究

发布时间：2017-04-19 08:41

  本文关键词：可溶液加工的石墨烯量子点薄膜及器件的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：有机太阳能电池柔性好、低能耗、易加工、可大面积应用,因此有望成为新一代太阳能电池,但有机材料的迁移率较差,是人们研究的核心问题。石墨烯量子点(GQDs)是零维的石墨烯基纳米材料,除了拥有石墨烯和量子点的特性外,还有其独特的量子限域效应和丰富的边缘效应,使得GQDs拥有了显著的光电特性,打开了其在光电器件应用领域的大门。并且GQDs带隙可调,又有较大的比表面积,对光电器件的性能有很大影响。因此可将GQDs掺杂入有机材料,有望改善太阳能电池的性能。但是石墨烯量子点的发光机理尚不清楚,所以在该领域的研究尚处在起步阶段。本论文主要研究了溶剂热法制备GQDs,及将其掺杂入有机体相异质结中的应用,从太阳能电池的工作原理和主要性能参数来分析电池性能提高的原因。重点的研究内容如下:(1)氧化石墨烯的制备和表征。氧化石墨烯(GO)是制备石墨烯量子点的前体。本文首先采用改进的Hummers法制备GO,主要分为低温反应、中温反应和高温反应三个阶段。所得GO经FT-IR、AFM和XRD表征结果表明,GO的表面含有大量含氧官能团,增加了GO的水溶性,使GO表面呈褶皱状,层间距为8.03?。(2)石墨烯量子点的制备和表征。本文采用的方法是溶剂热法,以GO为前体,将其溶于有机溶剂DMF中,经超声分散后置于水热釜中加热,GO的桥氧官能团被破坏,将GO裁减成较小尺寸的石墨烯量子点(GQDs)。(3)用可溶液加工的方法研究掺杂石墨烯量子点的太阳能电池性能。将GQDs掺杂到P3HT:PCBM体系中,研究了GQDs的掺杂浓度和GQDs的还原程度及器件退火对器件性能的影响,发现掺杂GQDs可以提高器件的短路电流,且掺杂浓度为0.15 wt.%时器件性能最好,短路电流Isc为2.29 mA/cm2;而掺杂还原的GQDs可以提高器件的填充因子,从原来的31.57%提高到40.80%。
【关键词】：可溶液加工 石墨烯量子点 掺杂 体异质结 太阳能电池
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;O613.71
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-23
• 1.1 引言8-9
• 1.2 石墨烯量子点简介9-19
• 1.2.1 石墨烯量子点的制备方法10-16
• 1.2.2 石墨烯量子点的应用16-19
• 1.3 太阳能电池简介19-22
• 1.3.1 太阳能电池的工作原理19-20
• 1.3.2 太阳能电池的等效电路图及伏安特性20-21
• 1.3.3 太阳能电池的主要参数21-22
• 1.4 本论文的研究目的和内容22-23
• 第二章 氧化石墨烯的制备与表征23-29
• 2.1 前言23
• 2.2 实验部分23-25
• 2.2.1 实验试剂与设备23-24
• 2.2.2 氧化石墨烯的制备24
• 2.2.3 氧化石墨烯（GO）薄膜的制备24-25
• 2.2.4 氧化石墨烯的表征25
• 2.3 结果与讨论25-28
• 2.3.1 GO的XRD分析25-26
• 2.3.2 GO的UV-vis光谱分析26-27
• 2.3.3 GO的FT-IR光谱分析27
• 2.3.4 GO的形貌表征27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 石墨烯量子点的制备与表征29-33
• 3.1 前言29
• 3.2 实验部分29-30
• 3.2.1 实验试剂与设备29-30
• 3.2.2 石墨烯量子点的制备30
• 3.2.3 石墨烯量子点薄膜的制备30
• 3.2.4 石墨烯量子点的表征30
• 3.3 结果与讨论30-32
• 3.3.1 GQDs的XRD与FT-IR分析30-31
• 3.3.2 GQDs的UV-vis分析31-32
• 3.3.3 GQDs的形貌分析32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 GQDs基太阳能电池的制备与表征33-44
• 4.1 前言33-34
• 4.2 实验部分34-36
• 4.2.1 主要实验设备装置图34-35
• 4.2.2 实验试剂与设备35
• 4.2.3 实验步骤35-36
• 4.3 结果与讨论36-42
• 4.3.1 光敏层旋涂速度的影响36-37
• 4.3.2 光敏层浓度的影响37-38
• 4.3.3 GQDs掺杂浓度对器件性能的影响38-40
• 4.3.4 GQDs的还原程度对器件性能的影响40-42
• 4.3.5 退火对器件性能的影响42
• 4.4 本章小结42-44
• 第五章 结论44-45
• 致谢45-46
• 参考文献46-53
• 作者简介53
• 攻读硕士学位期间研究成果53

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