氧化石墨烯及其复合材料对有机太阳能电池界面修饰研究

发布时间：2017-10-15 19:28

  本文关键词：氧化石墨烯及其复合材料对有机太阳能电池界面修饰研究

  更多相关文章： GO 复合材料 空穴传输层 电子传输层 钙钛矿 有机太阳能电池

【摘要】：石墨烯具有十分卓越的物理、化学性质,近年来受到越来越多的关注。氧化石墨烯(GO)及其复合材料,作为石墨烯的衍生物,经过一定处理后具有的优良半导体性质使其在有机太阳能电池界面修饰领域具有很大研究应用潜力。由于传统的有机太阳能电池界面修饰材料PEDOT:PSS(聚3,4-乙撑二氧噻吩,PSS是聚苯乙烯磺酸盐)一般有吸湿性、酸性以及不均匀电学性能等缺点,而GO在空气中较为稳定,此外,GO超薄薄膜易与有机太阳能电池活性层P3HT(聚3-己基噻吩,poly 3-hexylthiophene):PCBM(富勒烯衍生物,[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)良好接触。本论文利用一种简单易行且对环境友好的制备方法制备GO以及GO复合材料应用于有机太阳能界面修饰。具体工作内容如下:(1)GO作为空穴传输层(HTL)及氧化钛纳米粒子(TiO_2 NPs)作电子传输层(ETL)修饰有机太阳能电池界面:本工作对传统的GO制备方法以及水热法制备TiO_2 NPs进行了改进,将两种材料同时应用于有机太阳能电池并制备结构为ITO/GO/P3HT:PCBM/TiO_2 NPs/Al的电池,本工作用原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)表征电池各层薄膜的表面形貌,还引入了阻抗分析和Mott-Schottky分析解释了有机太阳能电池的界面电阻变化,获得了与传统结构相近的电池效率(3.37%)以及更优异的电池稳定性(在高湿度环境下,180 h仅衰减至60%)。(2)还原后的GO(RGO)与TiO_2NPs的复合材料作ETL修饰有机太阳能电池界面:采用电化学沉积的方法合成了RGO作为参照,使用AFM、SEM等表征手段表征电池薄膜的表面形貌,并通过电化学性能测试手段测试了薄膜形成过程,在再采用一种新型的水热法制备RGO-TiO_2 NPs复合材料,进行了一系列的表征,制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/RGO-TiO_2 NPs/Al的电池,取得了1.62%的效率。(3)GO作为HTL在钙钛矿太阳能电池中的应用:本工作将GO应用到钙钛矿太阳能电池中,证实GO能够替代钙钛矿太阳能电池传统的空穴材料,制备可工作的钙钛矿太阳能电池,为得到更适合作为电池材料的钙钛矿薄膜,采用AFM表征手段表征了两种不同的钙钛矿薄膜信息,并通过测试其紫外吸收光谱信息,证实其与理论值较为匹配的能带宽度,通过比较不同方法合成钙钛矿薄膜的合成过程,分别将GO应用于两种钙钛矿电池中,优化出最佳电池效率为1.2%。
【关键词】：GO 复合材料 空穴传输层 电子传输层 钙钛矿 有机太阳能电池
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 引言10-12
• 1.1.1 太阳能电池概述10-11
• 1.1.2 有机太阳能界面修饰材料11-12
• 1.2 有机太阳能电池基本结构及工作原理12-14
• 1.3 有机太阳能电池基本性能参数14-16
• 1.4 有机太阳能电池基本制备流程及表征技术16-20
• 1.4.1 ITO玻璃的处理16
• 1.4.2 活性层的制备16-18
• 1.4.3 金属负极的制备18
• 1.4.4 界面修饰层的制备18-19
• 1.4.5 有机太阳能电池表征技术19-20
• 1.5 本论文研究内容20-23
• 第2章 GO和TiO_2NPs共修饰有机太阳能电池界面23-35
• 2.1 引言23-24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 实验试剂和主要仪器设备24-25
• 2.2.2 GO的制备25
• 2.2.3 TiO_2 NPs的制备25
• 2.2.4 有机太阳能电池器件的制备25-26
• 2.3 结果与讨论26-33
• 2.3.1 GO及其他薄膜层形貌表征26-29
• 2.3.2 有机太阳能电池器件性能测试29-30
• 2.3.3 有机太阳能电池界面电容分析和界面阻抗分析30-32
• 2.3.4 有机太阳能电池稳定性测试32-33
• 2.4 小结33-35
• 第3章 RGO-TiO_2NPs复合材料作ETL修饰有机太阳能电池界面35-44
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-38
• 3.2.1 实验试剂和主要仪器设备36-37
• 3.2.2 新型水热法合成RGO-TiO_2NPs材料37
• 3.2.3 电化学沉积法合成RGO材料37
• 3.2.4 有机太阳能电池的制备37-38
• 3.3 结果与讨论38-42
• 3.3.1 RGO电化学性能表征38-39
• 3.3.2 RGO薄膜的SEM表征，，RGO-TiO_2NPs的AFM表征39-40
• 3.3.3 不同还原程度RGO-TiO_2NPs红外光谱表征40-41
• 3.3.4 有机太阳能电池光电性能表征41-42
• 3.4 小结42-44
• 第4章 GO作为HTL在钙钛矿太阳能电池中的应用44-54
• 4.1 引言44-45
• 4.2 实验部分45-48
• 4.2.1 实验试剂和主要实验设备45-46
• 4.2.2 一步法合成钙钛矿材料46-47
• 4.2.3 二步法合成钙钛矿材料47
• 4.2.4 GO-钙钛矿太阳能电池的制备47-48
• 4.3 结果与讨论48-52
• 4.3.1 钙钛矿的AFM形貌表征48-50
• 4.3.2 钙钛矿XRD表征50
• 4.3.3 钙钛矿透光性以及紫外吸收表征50-51
• 4.3.4 GO-钙钛矿太阳能电池的光电性能表征51-52
• 4.4 小结52-54
• 结论54-55
• 展望55-56
• 参考文献56-63
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文以及专利63-64
• 致谢64-65

【参考文献】

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1 杨勇辉;孙红娟;彭同江;;石墨烯的氧化还原法制备及结构表征[J];无机化学学报;2010年11期

本文编号：1038185