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《吉林大学》 2012年
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可溶液加工的石墨烯在有机太阳能电池中的应用

刘朝阳  
【摘要】:近年来,由于全球能源危机的日益严重,高效率、低成本的太阳能电池的开发成为人们研究的热点。过去的十年间,有机太阳能电池蓬勃发展,能量转换效率从3%刷新到接近9%。目前,有机太阳能电池尚存在如下问题: 第一,在活性层成膜过程中,大多使用有毒的有机溶剂,如氯仿,氯苯,甲苯等,污染环境。同时,活性层中的受体材料大多采用富勒烯及其衍生物,这些材料需要经过多次提纯才能达到在器件中应用的标准,从而大大增加了有机太阳能电池的生产成本,导致其energy payback过低。这些与太阳能电池“清洁,环境友好,成本低廉”的初衷相违背的。 第二,有机聚合物太阳能电池中普遍应用导电聚合物PEDOT:PSS作为阳极与活性层之间的界面修饰,增强阳极与活性层的接触、增加空穴的收集。但是,由于PEDOT:PSS具有高的酸性、吸湿性,以及较低的导电性,从而限制了器件的长期稳定性;有机小分子太阳能电池体系,多采用MoO_3为空穴传输层。但MoO_3功函数(-5.5eV)与ITO电极功函数(-4.7eV)相差较大,这一能级上的不匹配易形成势垒,影响电极对空穴的收集,进而限制的器件短路电流。 针对以上问题,在本论文中我们提出以下解决方案: 一.本论文拟设计制备带有羧基或磺酸基的水溶性聚噻吩衍生物,以其为分散剂,通过非共价键功能化分散/还原法制备在水中能够稳定分散的石墨烯。以水溶性聚噻吩衍生物为电子给体,石墨烯为电子受体制备光敏薄膜,研究石墨烯的含量、退火、成膜条件等对薄膜聚集态结构的影响。以其为活性层制备太阳能电池,研究电池的性能与薄膜形态和器件结构之间的关系,为制备高性能、清洁、低成本的水溶性聚合物太阳能电池提供理论与实验依据。 二.我们在聚合物太阳能电池的ITO电极与PEDOT:PSS层之间引入石墨烯缓冲层,以阻隔PEDOT:PSS对ITO电极的腐蚀,增强器件的稳定性。在小分子太阳能电池的ITO电极与MoO_3层之间引入石墨烯缓冲层,使电极处能级结构更加匹配,有利于空穴的收集。同时,由于石墨烯具有较高的导电性,可以很好的改善界面的电学性质,有利于器件中空穴的传输。同时,石墨烯可通过溶液法加工制备,且源材料为价格低廉的石墨粉,有效的控制了生产成本。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM914.4

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