电聚合聚三己基噻吩/硫化镉无机纳米晶异质结光伏材料的制备及光电性能研究

【摘要】：近年来，有机无机杂化太阳能电池发展迅速。已有研究表明，聚三己基噻吩（P3HT）用作可以表现出优异的性能。本论文使用聚三己基噻吩（P3HT）作为活性层给体材料，使用电化学聚合方法，聚合过程简单，聚合时间只有十几秒，从而避免了传统化学方法聚合P3HT的复杂工序。我的论文的一个创新点是使用了带有噻吩基团的小分子物质——三噻吩硫醇（T3SH）对ITO（电聚合工作电极）进行化学接枝，使ITO的表面带有噻吩基团，为电聚合提供活性电位。结果表明，使用T3SH进行化学接枝的ITO电极的电化学活性大大增加。 本论文中为了进一步降低成本，采用合成多种形貌的硫化镉（CdS）无机纳米晶代替传统的富勒烯衍生物作为受体材料，与P3HT以不同的方式组装成活性层，考察不同的受体纳米晶对电池性能的影响。 本论文的另一个创新点是，突破了电聚合方法只能制备出双层异质结的限制。使用电聚合P3HT-旋涂CdS交替进行的方式，即在电聚合P3HT的表面旋涂一层稀疏的CdS纳米晶，再在这些CdS彼此的空隙中电聚合P3HT，使P3HT刚好将CdS淹没，最后再旋涂一层致密的CdS受体层，制备出了给体受体相互交错的活性层结构。结果表明，所有的双层异质结活性层和体异质结活性层均具有光电响应，能够产生光生电流。并且依照电聚合P3HT-旋涂CdS交替进行的方式制备出的体异质结活性层的光电转化效率略高于双层异质结，与设计初衷相吻合。 【关键词】：聚合物太阳能电池 异质结 导电聚合物 P3HT CdS纳米晶
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 学位论文数据集4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 绪论16-28
• 1.1 聚合物太阳能电池简介16-25
• 1.1.1 主要部件结构16-18
• 1.1.2 工作原理18-19
• 1.1.3 部件制备过程19-24
• 1.1.3.1 ITO 的处理19
• 1.1.3.2 聚合物活性层的制备19-23
• 1.1.3.3 有机或无机受体材料的制备23-24
• 1.1.3.4 阴极电极材料24
• 1.1.4 IV 特性与外量子的效应测试24-25
• 1.2 聚合物太阳能电池材料25-26
• 1.2.1 活性层材料25-26
• 1.2.1.1 聚合物给体材料25
• 1.2.1.2 有机无机受体材料25-26
• 1.2.2 电池材料和其他材料26
• 1.3 本论文主要内容和设计思想26-28
• 第二章 实验条件及主要测试方法28-31
• 2.1 实验试剂28-29
• 2.2 实验仪器29
• 2.3 实验表征手段29-31
• 第三章 太阳能电池正极的修饰31-42
• 3.1 ITO 的预处理31
• 3.2 巯基联三噻吩 T3SH 的有机合成31-38
• 3.2.1 溴代联三噻吩 T3Br 的有机合成31-35
• 3.2.1.1 合成方法与步骤31-32
• 3.2.1.2 合成结果的表征32-35
• 3.2.2 巯基联三噻吩 T3SH 的有机合成35-38
• 3.2.2.1 合成方法35-37
• 3.2.2.2 结果表征37-38
• 3.3 巯基联三噻吩 T3SH 在电极表面的自组装38-41
• 3.3.1 T3SH 自组装实验过程38-39
• 3.3.2 T3SH 自组装结果表征39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 活性层电子给体材料 P3HT的合成和表征42-53
• 4.1 不同工作电极的影响42-43
• 4.2 不同沉积电位的影响43-45
• 4.3 不同沉积时间的影响45-46
• 4.4 不同支持电解质浓度的影响46-48
• 4.5 不同沉积方式的影响48-50
• 4.6 P3HT 层其他表征50-52
• 4.7 本章小结52-53
• 第五章 活性层电子受体材料CdS的合成和形貌控制53-70
• 5.1 巯基噻吩修饰的 CdS 纳米球53-59
• 5.1.1 巯基噻吩的合成54-56
• 5.1.1.1 合成方法54-55
• 5.1.1.2 结果表征55-56
• 5.1.2 巯基噻吩接枝的球状 CdS 纳米晶的制备56-59
• 5.1.2.1 合成方法57-58
• 5.1.2.2 结果表征58-59
• 5.2 无巯基噻吩修饰的 CdS 纳米球59-61
• 5.2.1 合成方法60
• 5.2.2 结果表征60-61
• 5.3 无巯基噻吩修饰的 CdS 纳米棒61-67
• 5.3.1 合成方法61-63
• 5.3.2 结果表征63-67
• 5.4 本章小结67-70
• 第六章 电池的组装及性能表征70-95
• 6.1 双层活性层异质结电池的组装及性能表征70-79
• 6.1.1 CdS 纳米晶旋涂参数的确定70-73
• 6.1.2 电池的组装及形貌表征73-77
• 6.1.3 性能表征77-79
• 6.2 体型活性层异质结电池的组装及性能表征79-93
• 6.2.1 电池的组装及形貌表征79-88
• 6.2.2 性能表征88-93
• 6.3 本章小结93-95
• 第七章 全文总结95-96
• 参考文献96-100
• 致谢100-101
• 研究成果及发表的学术论文101-102
• 作者和导师简介102-103
• 附件103-104

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