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基于氧化石墨烯/聚合物光伏特性的研究

2020-12-11阅读(519)

基于氧化石墨烯/聚合物光伏特性的研究

论文摘要

目前有机聚合物太阳能电池的光电转换效率较低,国际科研人员的科研重点集中在如何通过聚合物与无机材料复合来提高器件的光伏性能。石墨烯具有最高的载流子迁移率和最大的比表面积,能够很好的和聚合物材料形成接触。MEH-PPV和P3HT是聚合物光伏材料中非常成熟的两种,本文重点研究氧化石墨烯与这两种聚合物材料复合器件的光伏机理和性质,主要研究内容如下：1.以Hummers法为基础制备了氧化石墨烯,用异氰酸本质对氧化石墨烯进行还原处理,得到还原后的氧化石墨烯。通过XRD、FTIR、SEM、TEM和Raman光谱等表征手段对产物进行了表征,通过四探针测量仪对产物进行了测试。制备出了达到实验要求的氧化石墨烯,经过还原处理的氧化石墨烯的电导率有了很大的提高,呈现出由氧化石墨向石墨的变化。2.我们采用在聚合物中掺杂经过还原的氧化石墨烯,制备了结构为ITO/聚合物-氧化石墨烯/Al的光伏器件,研究了不同氧化石墨烯浓度与开路电压、短路电流和填充因子的关系。通过光致发光和器件的I-V曲线,得出结论氧化石墨烯起到了电子受体的作用,防止了自由电子空穴的耦合,氧化石墨烯的量子隧穿效应可以提高器件的载流子迁移率,增大短路电流和填充因子。3.我们提出了结构为ITO/聚合物-氧化石墨烯-多壁碳纳米管/Al的器件,研究了不同氧化石墨烯浓度和不同多壁碳纳米管浓度对器件短路电流和填充因子的影响。我们认为氧化石墨烯作为电子受体可以改善电子传导,多壁碳纳米管可以起到传导空穴的作用。在相同氧化石墨烯浓度的情况下,P3HT为主体材料的器件光电转换效率比以MEH-PPV为主体材料的器件光电转换效率更高,P3HT的最高效率也要比MEH-PPV的最高效率高。4.我们提出了结构为ITO/P3HT:PCBM氧化石墨烯/Al的器件,进一步研究了不同氧化石墨烯浓度与器件短路电流和填充因子的关系。表明氧化石墨烯可以起到链接小分子PCBM的作用,形成电子的三维空间传输网络,提高载流子迁移率的作用。

论文目录

  • 致谢
  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 序
  • 1 引言
  • 1.1 太阳能电池的重要性
  • 1.2 光伏器件的发展简史和分类
  • 1.2.1 无机太阳能电池的发展简史和分类
  • 1.2.2 有机太阳能电池的发展简史和分类
  • 1.3 聚合物太阳电池的理论基础
  • 1.4 聚合物太阳电池的测试
  • 1.5 聚合物太阳能电池的结构
  • 1.6 有机/聚合物光伏器件的材料
  • 1.6.1 电极材料
  • 1.6.2 聚合物光伏器件的激活层材料
  • 1.6.3 无机/聚合物复合薄膜
  • 1.7 聚合物太阳电池的主要问题和解决方案
  • 1.8 石墨烯材料的特点和制备方法
  • 1.8.1 石墨烯的特点
  • 1.8.2 石墨烯的制备方法
  • 1.9 本论文的选题依据和创新点
  • 1.9.1 本论文的选题依据
  • 1.9.2 本论文的创新点
  • 2 氧化石墨烯的制备及表征
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验部分
  • 2.2.1 主要试剂与仪器
  • 2.2.2 氧化石墨烯的制备
  • 2.2.3 氧化石墨制备过程的分析
  • 2.3 氧化石墨烯的表征与分析
  • 2.3.1 氧化石墨烯的XRD分析
  • 2.3.2 氧化石墨烯的FT-IR分析
  • 2.3.3 氧化石墨烯的SEM分析
  • 2.3.4 氧化石墨烯的TEM分析
  • 2.3.5 氧化石墨烯的AFM分析
  • 2.3.6 氧化石墨烯的Raman分析
  • 2.4 石墨烯的制备及表征
  • 2.4.1 引言
  • 2.4.2 实验部分
  • 2.4.3 异氰酸本质还原氧化石墨烯和测试
  • 2.5 本章小结
  • 3 氧化石墨烯与聚合物相复合光伏器件的研究
  • 3.1 聚合物MEH-PPV:SPFGraphene有机电致发光器件的研究
  • 3.1.1 有机电致发光器件的制备和测试
  • 3.2 聚合物MEH-PPV:SPFGraphene光伏器件的的研究
  • 3.2.1 MEH-PPV:SPFGraphene光伏器件的制备和测试
  • 3.2.2 MEH-PPV:SPFGraphene光伏器件的研究
  • 3.3 聚合物P3HT:SPFGraphene光伏器件的研究
  • 3.3.1 聚合物P3HT:SPFGraphene器件的制备和测试
  • 3.3.2 聚合物P3HT:SPFGraphene器件的研究
  • 3.4 本章小结
  • 4 氧化石墨烯-多壁碳纳米管与聚合物光伏器件的研究
  • 4.1 可溶性多壁碳纳米管的制备（fMWCNTs）
  • 4.2 聚合物MEH-PPV:SPFGraphene-fMWCNTs光伏器件的研究
  • 4.2.1 MEH-PPV:SPFGraphene-fMWCNTs复合薄膜的吸收光谱
  • 4.2.2 MEH-PPV:SPFGraphene-fMWCNTs光伏器件的研究
  • 4.3 聚合物P3HT:SPFGraphene-fMWCNTs光伏器件的研究
  • 4.3.1 P3HT:SPFGraphene-fMWCNTs复合薄膜的吸收光谱
  • 4.3.2 P3HT:SPFGraphene-fMWCNTs光伏器件的研究
  • 4.4 本章小结
  • 5 氧化石墨烯与P3HT-PCBM光伏器件的研究
  • 5.1 P3HT:PCBM-SPFGraphene复合薄膜的吸收光谱特性
  • 5.2 P3HT:PCBM-SPFGraphene光伏器件的研究
  • 5.3 本章小结
  • 6 结论
  • 参考文献
  • 作者简历
  • 学位论文数据集

    • 相关论文文献

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