碳银复合材料的制备及在聚合物太阳能电池受体材料中的应用

【摘要】：太阳能电池发展至今，硅基太阳能电池和薄膜太阳能电池已实现商品化，但材料和器件制备成本大限制了其发展。聚合物太阳能电池具有原料丰富，成本较低、可以制备成柔性器件等显著优点，近年来备受瞩目。影响聚合物太阳能电池商业化的主要因素是器件效率较低，改善器件效率可以从两方面入手：器件结构的改善和活性层材料的选择。碳微纳米球作为富勒烯类的一种碳材料制作工艺简单、成本低，具有优异的物化性能，有望成为一种潜在的聚合物太阳能电池受体材料，课题组已将其作为受体材料用于聚合物太阳能电池中进行了初步的探索，但器件效率偏低，为了改善效率，本课题将金属材料与碳微纳米球进行复合，制备出金属碳球复合材料，以改善器件性能。 本文首先以硝酸银和葡萄糖为原料，采用一步水热法制备了碳银复合材料，考察了硝酸银浓度、反应时间、葡萄糖浓度对产物结构和形貌的影响，然后，选取了两种典型的复合材料通过研究其电化学性能分析了材料作为P3HT基聚合物太阳能电池受体材料的可行性，接着制备了P3HT/碳银复合材料复合膜，考察了旋涂速度和给受体共混质量比对复合膜光学性能的影响，最后选用最优参数下制备的薄膜作为聚合物太阳能电池的光敏活性层，探索其光伏性能。结果如下： 1.采用一步水热法，190℃的反应温度下，得到三明治结构的球形复合材料（Ag-C-Ag）；200℃的反应温度下，制得核壳结构的碳银复合材料（Ag@C）；循环伏安曲线显示：三明治结构复合材料的HOMO能级为-5.55eV，LUMO能级为-4.4eV；核壳结构复合材料的HOMO能级为-5.69eV，LUMO能级为-4.68eV，可以作为P3HT基太阳能电池受体材料。 2.旋涂转速为1000rpm，当P3HT和受体材料Ag-C-Ag的混合比（P3HT:Ag-C-Ag）为2:1和1:1时，荧光猝灭现象更为明显；当共混质量比为1:1时，转速为1500rpm时，猝灭现象最明显，当共混质量比为2:1时，转速为1000rpm时，猝灭现象最明显，表明激子分离率高，有利于电荷的有效传输。1000rpm的旋涂转速下当混合比为2:1时，吸收峰增强更加明显。 3. P3HT与Ag@C以2:1共混，转速为1000rpm时，旋涂制备的复合膜在可见光区光谱吸收与太阳光谱匹配性强，荧光猝灭现象明显，激子分离率高； 4.相比于纯碳球做受体材料，P3HT/Ag-C-Ag基的器件效率提高了414%，P3HT/Ag@C基的器件效率提高了386%； 【关键词】：复合材料 三明治结构 核壳结构 复合膜 聚合物太阳能电池
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-10
• 第一章 文献综述10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 太阳能电池发展历史10-12
• 1.3 聚合物太阳能电池简介12-14
• 1.3.1 聚合物太阳能电池器件结构12-13
• 1.3.2 聚合物太阳能电池工作原理13-14
• 1.4 碳材料在聚合物太阳能电池受体材料中的应用14-16
• 1.4.1 富勒烯衍生物受体材料15
• 1.4.2 其它碳材料受体材料15-16
• 1.5 表面等离子激元的基本概念及应用16-18
• 1.5.1 表面等离子激元的基本概念16-17
• 1.5.2 表面等离子激元在太阳能电池中的应用17-18
• 1.6 研究目的与内容18-20
• 1.6.1 研究目的18-19
• 1.6.2 研究内容19-20
• 第二章 碳银复合材料的制备与表征20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 实验部分20-23
• 2.2.1 实验原料及仪器20-21
• 2.2.2 实验步骤21
• 2.2.3 分析和测试方法21-23
• 2.3 结果与讨论23-32
• 2.3.1 硝酸银浓度对产物形貌的影响23-24
• 2.3.2 葡萄糖浓度对产物形貌的影响24-26
• 2.3.3 反应温度的影响26-29
• 2.3.4 碳银复合材料的形成机理29-30
• 2.3.5 类三明治结构 Ag-C-Ag 复合材料电化学性能30-31
• 2.3.6 核壳结构 Ag@C 复合材料电化学性能31-32
• 2.4 小结32-34
• 第三章 P3HT/碳银复合材料复合膜34-42
• 3.1 P3HT/碳银复合材料复合膜的制备34-35
• 3.1.1 实验原料及仪器34
• 3.1.2 分析和测试方法34-35
• 3.1.3 实验步骤35
• 3.2 P3HT/Ag-C-Ag 复合膜的光谱分析35-37
• 3.3 P3HT/Ag@C 复合膜的光谱分析37-40
• 3.4 小结40-42
• 第四章 基于 P3HT/碳银复合材料的光学器件42-50
• 4.1 基于 P3HT/碳银复合材料复合膜的光学器件的制备42-45
• 4.1.1 实验材料及设备43
• 4.1.2 衬底材料的选取、刻蚀与清洗43-44
• 4.1.3 ZnO 的制备及阴极修饰层的旋涂44
• 4.1.4 聚合物功能层的旋涂44
• 4.1.5 MoO3 空穴传输层和金属阳极 Al 的蒸镀44-45
• 4.1.6 金属阳极 Al 的蒸镀45
• 4.1.7 电池器件性能参数45
• 4.2 P3HT/碳银复合材料基太阳能电池器件性能45-48
• 4.3 小结48-50
• 第五章 结论与展望50-52
• 5.1 结论50-51
• 5.2 展望51-52
• 参考文献52-60
• 致谢及资助60-62
• 硕士期间发表的论文及其研究成果62

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