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。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 聚合物太阳能电池简介

1．1．1 主要部件结构

1．1．2 工作原理

1．1．3 部件制备过程

1．1．4 IV特性与外量子的效应测试

1．2 聚合物太阳能电池材料

1．2．1 活性层材料

1．2．2 电池材料和其他材料

1．3 本论文主要内容和设计思想

第二章 实验条件及主要测试方式

2．1 实验试剂

2．2 实验仪器

2．3 实验表征手段

第三章 太阳能电池正极的修饰

3．1 ITO的预处理

3．2 巯基联三噻吩T3SH的有机合成

3．2．1 溴代联三噻吩T3Br的有机合成

3．2．2 巯基联三噻吩T3SH的有机合成

3．3 巯基联三噻吩T3SH在电极表面的自组装

3．3．1 T3SH自组装实验过程

3．3．2 T3SH自组装结果表征

3．4 本章小结

第四章 活性层电子给体材料P3HT的合成和表征

4．1 不同工作电极的影响

4．2 不同沉积电位的影响

4．3 不同沉积时间的影响

4．4 不同支持电解质浓度的影响

4．5 不同沉积方式的影响

4．6 P3HT层其他表征

4．7 本章小结

第五章 活性层电子受体材料CdS的合成和形貌控制

5．1 巯基噻吩修饰的CdS纳米球

5．1．1 巯基噻吩的合成

5．1．2 巯基噻吩接枝的球状CdS纳米晶的制备

5．2 无巯基噻吩修饰的CdS纳米球

5．2．1 合成方法

5．2．2 结果表征

5．3 无巯基噻吩修饰的CdS纳米棒

5．3．1 合成方法

5．3．2 结果表征

5．4 本章小结

第六章 电池的组装及性能表征

6．1 双层活性层异质结电池的组装及性能表征

6．1．1 CdS纳米晶旋涂参数的确定

6．1．2 电池的组装及形貌表征

6．1．3 性能表征

6．2 体型活性层异质结电池的组装及性能表征

6．2．1 电池的组装及形貌表征

6．2．2 性能表征

6．3 本章小结

第七章 全文总结

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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