导电聚合物P3HT的纳米岛和线的光调制电荷转移的研究

摘要

聚合物太阳能电池，因为制备工艺简单、成本较低、可制成柔性产品等特点，已经成为现阶段研究的重点，而对于其中最主要的部分----聚合物的研究也越来越多。论文围绕聚合物P3HT展开研究，主要分析了基于P3HT的不同纳米结构的光电性质，主要研究内容如下：
　　本文首先制备了两种P3HT的纳米结构，分别是：纳米岛和纳米纤维。用原子力显微镜分析这两种纳米结构的形貌特征，研究不同形貌特征下分子排列的情况，统计分析了不同纳米结构的高度信息，得到如下结论：纳米岛是层状结构，且每一层的高度近似等于P3HT单分子层的高度（约1.5~1.6 nm）；纳米纤维的高度也近似等于单层分子的高度，但是纳米纤维在自组装的过程中可能会扭曲或折叠。所以纳米岛和纳米纤维存在相似与不同之处。进而，用拉曼光谱来深入分析这两种纳米结构的结晶性能，拉曼光谱不同的峰值高度可以代表分子中键能的强弱，不同峰值高度的比值可以代表聚合物结晶的程度，对比纳米岛和纳米纤维的拉曼光谱中碳碳单键和碳碳双键的强度比值，可以得知纳米岛的比值大于纳米纤维，所以其结晶性也好于纳米纤维。最后，用扫描静电势显微镜（SKPM）和静电力显微镜（EFM）来研究光照对纳米岛和纳米纤维的表面电势和表面电荷的影响。对比研究有无光照条件下表面电势的变化，可以得到光照对纳米岛和纳米纤维的表面电势的增加起正面作用。对比研究光照下样品表面电荷量的变化，结果表明，由于光照作用纳米岛和纳米纤维的电荷量的增量分别为24％和15%。从结果中可以知道，虽然光照下这两种纳米结构的电荷增量不同，但是变化的趋势是一致的，相同的光响应都反映了P3HT纳米结构中都存在π-π堆叠现象，P3HT是空穴传导型的分子，而这种分子排列与其电学性质相关。因为P3HT是空穴传导分子，所以正电荷很容易注入到样品中，且注入的电荷可以沿着纳米岛从注入点向外传输，这个过程可以用 EFM来检测。这也说明了纳米岛结构中分子链平面化的程度越高越有利于电荷的传输。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 有机太阳能电池的发展历程

1.3 聚合物太阳能电池材料的特性

1.4 P3HT薄膜和纳米结构的制备方法

1.5本文研究主要内容及创新之处

2 原子力显微镜技术

2.1引言

2.2原子力显微镜的基本工作原理

2.3 扫描开尔文探针显微镜

2.4 静电力显微镜

3 实验过程和测试方法

3.1 实验原料及设备

3.2 P3HT纳米结构的制备

3.3 P3HT纳米结构的表征

4 实验结果与分析

4.1 P3HT纳米结构的形貌分析

4.2 两种纳米结构的拉曼光谱和吸收光谱分析

4.3 不同纳米结构的表面电势分析

4.4 不同纳米结构的表面电荷分析

4.5纳米结构的电荷注入分析

5 总结与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 在研究生学习期间的研究成果