聚多巴胺/石墨烯/氧化锌复合膜作为电子传输层的可行性研究

摘要

在聚合物太阳能电池的活性层与电极之间引入界面修饰层是提高体异质结太阳能电池性能的重要手段，特别是通过对界面修饰层的优化可以增强器件的光电转换效率和稳定性。目前多采用过渡金属氧化物、金属盐类和聚合物等单独作为电子传输层，本文制备了聚多巴胺(PDA)/石墨烯/氧化锌复合层结构，探究了其作为聚合物太阳能电池的电子传输层的可行性。
　　多巴胺可在大多数固体材料表面形成紧密附着的PDA薄膜，该反应条件温和，操作简单。这种材料表面改性的方法可应用于能源，环境和生物等多个领域，目前在电池中的应用多集中于锂离子电池和染料敏化太阳能电池，而将PDA应用于聚合物太阳能电池的研究并不太多。本文首先研究了将PDA应用于聚合物太阳能电池界面的可行性;其次，探讨了多巴胺对氧化石墨烯(GO)的还原及应用;最后，制备了以氧化锌为基础层，不同程度复合PDA及部分还原氧化石墨烯(RGO)的多层结构，探究了其作为PTB7∶PC71BM体系太阳能电池电子传输层的可行性。
　　主要研究内容如下:
　　（一）制备了PDA薄膜和PDA悬浮液，并进行了亲水性、及光吸收性能表征。进一步探讨了PDA的碳化行为，利用热重、拉曼光谱和透射电镜等测试手段对碳化的PDA进行了详细的分析。
　　（二）分析了多巴胺对氧化石墨烯还原行为，通过对产物的傅立叶红外光谱、X射线衍射分析，发现多巴胺确实能将氧化石墨烯还原，做为一种温和的还原剂，最终得到的产物是PDA，GO和RGO三者的混合。
　　（三）制备了纳米氧化锌并进行透射电镜表征，得到尺寸5～10 nm的六边纤锌矿结构nano-ZnO;制备了PDA-RGO的量子点(QDs)并组建了PDA/ZnO和PDA-RGO QDs/ZnO两种复合层结构，作为电子传输层用于PTB7∶PCBM反式结构电池，发现PDA/ZnO复合结构能使电池的开路电压和填充因子得到提升，而PDA-RGO QDs/ZnO复合层在电池中的应用效果不佳，还需要进行后续的探究。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 有机太阳能电池的发展与研究现状

1．3 聚合物太阳能电池的基本工作原理

1．4 聚合物太阳能电池的结构

1．4．1 聚合物太阳能电池的结构

1．4．2 界面修饰层的作用

1．5 聚合物太阳能电池的性能参数

1．6 本论文研究内容与意义

2 聚多巴胺的制备与表征

2．1 引言

2．2 聚多巴胺的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 亲水性测试

2．3．2 紫外-可见吸光度分析

2．3．3 热重分析

2．3．4 拉曼光谱分析

2．3．5 透射电镜分析

2．4 本章小结

3 多巴胺对氧化石墨烯的还原

3．1 引言

3．2 实验部分

3．3 结果与讨论

3．3．1 傅里叶红外光谱表征

3．3．2 XRD表征

3．4 本章小结

4 PDA／ZnO及PDA／RGO复合膜作为电子传输层对聚合物太阳能电池性能的影响

4．1 引言

4．2 纳米氧化锌的制备与表征

4．2．1 纳米氧化锌的制备

4．2．2 透射电镜表征

4．3 PTB7：PC71BM电池的制备

4．3．1 PTB7：PC71BM电池的制备过程

4．3．2 PDA／ZnO复合膜的制备

4．3．3 PDA／RGO／ZnO复合膜的制备

4．4 结果与讨论

4．4．1 PDA／ZnO复合膜应用于PTB7：PC71BM太阳能电池

4．4．2 PDA／RGO／ZnO复合膜应用于PTB7：PC71BM太阳能电池

4．5 本章小结

5 结论

参考文献

附录

作者简历

学位论文数据集