太阳能电池用聚苯胺合成、表征与应用

论文摘要

导电聚合物的发现为太阳能电池提供了一种价格低廉、易得、环境相容性好的光活性材料,聚合物材料具有良好的柔韧性,其太阳能薄膜电池可折叠,可有效地节省空间,方便使用,使生产低成本太阳能电池成为可能。聚苯胺具有良好的导电性,在紫外可见及近红外光谱区具有优良的吸收性,因此,聚苯胺用于太阳能电池的研究成为新的热点。本论文选用聚苯胺作为薄膜太阳能电池光活性原料,通过乳液聚合与化学氧化法合成制备聚苯胺,以十二烷基苯磺酸（DBSA）、盐酸（HCl）、硫酸（H2SO4）作为掺杂剂,过硫酸铵（（NH4）2S3O8）作为氧化剂,分别制备了PANI-DBSA复合物、PANI-HCl复合物和PANI-H2SO4复合物,将PANI-DBSA复合物与纳米氧化锌（ZnO）混合,并在ITO玻璃上成膜,形成体异质结薄膜,作为太阳能电池光活性层,利用真空蒸镀Al电极形成太阳能电池器件。采用TEM对产物粒度和形貌进行观察；GM-Ⅱ型多功能电阻率自动测定仪测试复合物电导率；运用溶解法测试PANI-DBSA复合物在甲苯中的溶解度；分光光度计测试聚苯胺复合物和太阳能器件光活性层在紫外可见光谱范围内（300～900nm）的光谱吸收性质；Ⅰ-Ⅴ测试系统检测光伏器件的光电性能。TEM照片显示PANI-DBSA复合物粒子形貌为球形,而PANI-HCl复合物、PANI-H2SO4复合物粒子为纳米管状；电导率测试结果表明：PANI-HCl复合物、PANI-DBSA复合物、PANI-H2SO4复合物的最大电导率分别为362S／m、150.4S／m、162S／m；溶解度测试结果表明：PANI-DBSA复合物在甲苯具有一定的溶解度,为3.76%；UV-Vis光谱图显示聚苯胺复合物在紫外可见波段具有较强的吸收率,PANI-DBSA复合物存在3个不同的吸收峰,分别位于340～360nm（峰Ⅰ）,420～440nm（、峰Ⅱ）,740～760nm（峰Ⅲ）,随着掺杂剂与苯胺单体摩尔比例的增大,位于740～760nm（峰Ⅲ）处的吸收峰有红移现象,PANI-HCl与PANI-H2SO4复合物有两个吸收谱带,其中谱带Ⅰ位350～470nm,谱带Ⅱ位于650～800nm；聚苯胺太阳能电池器件活性层吸收峰分别位于340～360nm,380～400nm,420～460nm,740～780nm,光伏测试图像显示器件Ⅰ-Ⅴ曲线为肖特基二极管Ⅰ-Ⅴ曲线。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 太阳能电池简介
• 1.1.1 太阳能电池工作原理
• 1.1.2 太阳能电池分类
• 1.2 聚合物太阳能电国内外研究进展
• 1.2.1 聚合物太阳能电池原理及其发展历程
• 1.2.2 聚合物太阳能电池结构及特点
• 1.3 论文选题依据及设计方案
• 1.3.1 选题依据
• 1.3.2 设计方案
• 第二章 聚苯胺的制备方法与表征
• 2.1 聚苯胺的制备方法
• 2.1.1 电化学聚合
• 2.1.2 化学聚合
• 2.1.3 乳液聚合
• 2.1.4 光化学引发聚合
• 2.1.5 酶催化聚合
• 2.2 表征手段
• 2.2.1 电导率的测定（GM-Ⅱ型电阻率自动测定仪）
• 2.2.2 紫外-可见光吸收光谱
• 2.2.3 透射电镜（STM）
• 第三章 PANI-DBSA复合物的合成与表征
• 3.1 PANI-DBSA复合物的合成
• 3.1.1 试剂与仪器
• 3.1.2 PANI-DBSA复合物的合成
• 3.2 PANI-DBSA复合物的测试
• 3.2.1 PANI-DBSA复合物形貌分析
• 3.2.2 PANI-DBSA复合物溶解度的测定
• 3.2.3 PANI-DBSA复合物电导率的测定
• 3.2.4 PANI-DBSA复合物紫外可见光谱的测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 DBSA加入量对PANI-DBSA复合物的粒径形貌影响
• 3.3.2 DBSA加入量对PANI-DBSA复合物溶解度的影响
• 3.3.3 DBSA加入量对PANI-DBSA复合物电导率的影响
• 3.3.4 DBSA加入量对PANI-DBSA复合物光谱吸收性能的影响
• 3.3.5 不同反应时段聚苯胺产物的紫外可见光谱研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 PANI-HCl复合物的合成与表征
• 4.1 PANI-HCl复合物的合成
• 4.1.1 试剂与仪器
• 4.1.2 PANI-HCl复合物的合成步骤
• 4.2 PANI-HCl复合物的测试
• 4.2.1 PANI-HCl复合物形貌测试
• 4.2.2 电导率测定
• 4.2.3 紫外可见光谱的测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 HCl加入量对PANI-HCl复合物的形貌影响
• 4.3.2 HCl加入量对PANI-HCl复合物电导率的影响
• 4.3.3 HCl加入量对PANI-HCl复合物光谱吸收性能的影响
• 4.3.4 不同反应时段聚苯胺产物的紫外可见性能
• 4.4 本章小结
• 2SO₄复合物的合成与表征'>第五章 PANI-H₂SO₄复合物的合成与表征
• 2SO₄复合物的合成'>5.1 PANI-H₂SO₄复合物的合成
• 5.1.1 试剂与仪器
• 2SO₄复合物的合成步骤'>5.1.2 PANI-H₂SO₄复合物的合成步骤
• 2SO₄复合物的测试'>5.2 PANI-H₂SO₄复合物的测试
• 2SO₄复合物形貌分析'>5.2.1 PANI-H₂SO₄复合物形貌分析
• 2SO₄复合物电导率的测定'>5.2.2 PANI-H₂SO₄复合物电导率的测定
• 2SO₄复合物紫外可见光谱的测试'>5.2.3 PANI-H₂SO₄复合物紫外可见光谱的测试
• 5.3 结果与讨论
• 2SO₄加入量对PANI-H₂SO₄复合物的形貌影响'>5.3.1 H₂SO₄加入量对PANI-H₂SO₄复合物的形貌影响
• 2SO₄加入量对PANI-H₂SO₄复合物电导率的影响'>5.3.2 H₂SO₄加入量对PANI-H₂SO₄复合物电导率的影响
• 2SO₄加入量对PANI-H₂SO₄复合物光谱吸收性能的影响'>5.3.3 H₂SO₄加入量对PANI-H₂SO₄复合物光谱吸收性能的影响
• 5.3.4 不同反应时段聚苯胺产物的紫外可见性能
• 5.4 本章小结
• 第六章 太阳能光伏器件的制备与性能研究
• 6.1 太阳能光伏器件的制备
• 6.1.1 PANI-DBSA:ZnO复合物纳米薄膜的制备
• 6.1.2 薄膜太阳能器件的制备
• 6.2 太阳能光伏器件性能测试
• 6.2.1 PANI-DBSA:ZnO复合物薄膜光谱吸收性能
• 6.2.2 器件Ⅰ-Ⅴ曲线测试
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 异质结薄膜光谱吸收性能分析
• 6.3.2 器件光电性能分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 攻读硕士期间发表的论文目录
• 参考文献
• 致谢