基于物理瞬态基底的柔性有机太阳能电池的研究

发布时间：2017-09-23 11:16

  本文关键词：基于物理瞬态基底的柔性有机太阳能电池的研究

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【摘要】：作为一种新兴技术,瞬态电子技术的关键性特点是在完成了目标任务后可在既定的时间点以可控的速率部分物理消失或全部消失。随着纳米薄膜的发展,瞬态电子技术有了更大的潜能,不仅在生物医学有着很大的应用潜力,如人工关节,可吸收的手术缝合线等,在国防建设和国家安全方面也具有重要的战略意义,如可分解的电源设备、信息存储系统、信息探测系统等。传统的电子信息材料对瞬态电子器件并不能完全适用,目前适用于瞬态电子器件的材料体系还未明确,研究瞬态电子材料是实现瞬态电子技术的基础。基于以上考虑,本论文从可控物理瞬态材料的角度出发,选择可溶于水的聚乙烯醇为基本材料体系,通过引入明胶、蔗糖等,研究不同聚乙烯醇复合物的光物理特性、机械性能及可控降解性质,初步探索了用此类复合物薄膜作为瞬态衬底在有机太阳能电池领域的应用前景。具体结果如下:第一:聚乙烯醇本身弹性模量值小,柔韧性非常好,加入不同质量的明胶得到聚乙烯醇/明胶复合物之后弹性模量迅速增大,硬度变大,但继续增加明胶的量之后弹性模量反而减小,这是明胶形成连续相的缘故。添加明胶还使得复合物的分解温度升高,耐温性变高,主要原因是聚乙烯醇和明胶的分子形成了很强的作用力,发生了酯化作用,形成酯基。在水溶性方面,明胶的加入使复合物薄膜的水溶性降低了,并且明胶的比例越大,水溶性越小,为了实现材料的可控性,定义了63.2%溶解度为瞬态阈值,对应的时间点为时间常数,聚乙烯醇/明胶的瞬态特性差,时间常数值大。第二:在聚乙烯醇中掺入蔗糖得到聚乙烯醇/蔗糖复合物,其弹性模量值低,并随加入蔗糖量的增加弹性模量值下降,表明聚乙烯醇/蔗糖复合物的柔韧性好,从透光度来讲,聚乙烯醇/蔗糖复合物薄膜的透光性高达90%,而且聚乙烯醇/蔗糖复合物薄膜在水中的溶解性高,溶解速度快,加入蔗糖的量越多,在水中溶解速度越快,总体来说,聚乙烯醇/蔗糖复合物薄膜的瞬态特性好,时间常数小。第三:采用不同比例的聚乙烯醇/明胶和聚乙烯醇/蔗糖为器件的衬底,制备有机太阳能电池,电池结构为:聚乙烯醇基衬底/Ag/MoO_3/P3HT:PCBM/Ca/Ag,在不同比例复合物薄膜制成的电池中,效率最高达到1.88,填充因子最高为57%,这一最优性能的电池衬底材料是含蔗糖质量最高的复合物得到的。加入明胶之后,器件的性能有所降低。通过对电池器件的瞬态特性研究表明衬底为聚乙烯醇/蔗糖复合物的溶解速度很快,几十秒的时间器件中间已经有断裂,而衬底为聚乙烯醇/明胶复合物的溶解速度慢一些,最后衬底薄膜依然呈完整性,所有器件最终均已失效,并和复合物薄膜水溶性测试得出的结论是一致的。
【关键词】：聚乙烯醇 有机太阳能电池 瞬态电子 溶解性
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 引言15
• 1.2 有机太阳能电池15-19
• 1.2.1 有机太阳能电池发展简介15-16
• 1.2.2 有机太阳能电池的基本结构16-17
• 1.2.3 有机太阳能电池的工作原理17-18
• 1.2.4 有机太阳能电池的模型及参数18-19
• 1.3 柔性有机太阳能电池19-22
• 1.3.1 柔性薄膜有机太阳能电池简介19-20
• 1.3.2 柔性薄膜有机太阳能电池的进展20-21
• 1.3.3 有机太阳能电池中常用的柔性衬底21-22
• 1.4 本论文研究目的及架构22-23
• 第二章 瞬态电子材料及其制备23-35
• 2.1 瞬态电子技术23-25
• 2.2 瞬态电子材料25-28
• 2.2.1 瞬态基底材料26-27
• 2.2.2 瞬态电极材料27-28
• 2.3 基于PVA的瞬态材料的制备28-30
• 2.4 衬底薄膜的表征30-35
• 2.4.1 红外光谱仪30-32
• 2.4.2 拉力机32-33
• 2.4.3 分光光度计33
• 2.4.4 热重分析仪33-35
• 第三章 基于聚乙烯醇衬底材料的光物理性质、机械性能及可控降解性能研究35-49
• 3.1 聚合物的机械特性35-37
• 3.2 聚合物材料的热重分析37-38
• 3.3 聚合物薄膜的化学特性38-40
• 3.4 聚合物薄膜的透射特性40-42
• 3.5 PVA基聚合物薄膜的瞬态降解特性42-46
• 3.5.1 聚合物薄膜的水溶解性42-45
• 3.5.2 聚合物薄膜的瞬态特性45-46
• 3.6 本章小结46-49
• 第四章 基于PVA复合物的有机太阳能电池的研究49-59
• 4.1 有机太阳能电池的制备49-52
• 4.1.1 电池的结构49-51
• 4.1.2 器件的制备流程51-52
• 4.2 器件的结果及分析52-54
• 4.3 有机太阳能电池的溶解性54-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 总结与展望59-61
• 5.1 全文总结59
• 5.2 展望59-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-69
• 作者简介69-70

【参考文献】

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本文编号：904943