聚苯胺-邻甲苯胺/ZnS、CuInS2复合材料的制备及性能研究

摘要

共轭聚合物/无机半导体复合材料,既保持了聚合物的优良韧性、加工性,同时兼具无机半导体优良的光学特性以及热稳定性。利用这种复合材料制备的杂化太阳能电池,能够同时满足韧性佳、稳定、高效的要求,应用前景十分广阔。为此本论文以聚苯胺-邻甲苯胺(PAOT)、ZnS、CuInS2为研究对象,旨在制备出可加工、热稳定性高、光学性能优良的PAOT/ZnS、PAOT/CuInS2复合材料。
　　首先,本论文通过化学氧化一步法,从分子设计概念出发,利用苯胺(ANI)与邻甲苯胺(OT)单体共聚制得掺杂态PAOT,成功在聚苯胺(PANI)大分子链上引入供电子-CH3基团,得出苯胺与邻甲苯胺单体最佳摩尔配比为85:15,此时PAOT在750℃时失重率为40.79％,最大溶解度可达1.21mg/mL,电导率为2.126(Ω?cm)-1,禁带宽度为3.53eV、2.37eV、1.32eV。研究发现加入15mol%的邻甲苯胺时,有效阻止了取代位的副反应,有利于共聚进程的进行,分子量增大;但继续增加邻甲苯胺含量时,甲基的诱导效应明显,导致分子链上的电子云密度分布不均,共轭程度下降。
　　其次,本论文采用水热法合成ZnS球形颗粒原液,并与苯胺、邻甲苯胺单体原位聚合,制得PAOT/ZnS复合物,得出单体与ZnS的最佳质量比为60:40,此时复合物在750℃时失重率为27.12%,在紫外光区域有强吸收,最大吸光度为0.46,最强吸收禁带宽度为3.42eV。研究发现40wt%的ZnS加入后会对PAOT的聚合起种子诱导作用,诱导PAOT围绕球形颗粒表面聚合;继续增加ZnS的用量时,空间位阻效应明显严重影响PAOT的聚合进程;此外PAOT与ZnS之间不存在化学键合作用,不会产生新的物相。
　　最后,本论文采用溶剂热法合成CuInS2片状晶原液,并与苯胺、邻甲苯胺单体原位聚合生成PAOT/CuInS2复合物,得出单体与CuInS2的最佳质量比为70:30,此时复合物在750℃时失重率为27.08%,在可见光区域有强吸收,最大吸光度为0.78,最强吸收禁带宽度为1.36eV。研究发现添加30wt%的CuInS2会对PAOT的聚合起到硬模板作用,诱导其沿着片状晶表面聚合生长,但随着CuInS2含量的继续增加,PAOT开始从片状晶上剥离,形成小块体,且此时CuInS2的空间位阻效应明显,阻碍PAOT大分子链的形成。

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第1章 绪论

1.1 研究的背景与意义

1.2 太阳能电池的发展历程与现状

1.3 聚合物/无机杂化太阳能电池的工作原理及结构

1.4 聚合物/无机杂化太阳能电池材料的研究进展

1.5 本论文的研究工作

第2章 掺杂态聚苯胺-邻甲苯胺的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 实验结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 聚苯胺-邻甲苯胺/ZnS复合材料的制备及表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 聚苯胺-邻甲苯胺/CuInS2复合材料的制备及表征

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文及发明专利

致谢