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有机太阳能电池材料及其器件的研究

任斌  
【摘要】: 利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。目前用于地面的晶硅电池由于生产工艺复杂、成本高,使其应用受到限制。导电聚合物的发现提供了新的制造廉价光伏电池的材料,使其研究开发低成本光伏电池成为可能。本论文选择了成本低廉、性能优良的聚苯胺作为研究对象,从合成、掺杂、复合材料、光电特性及太阳能电池等方面对聚苯胺进行了详细的研究,得到了一些有意义的结果。 本论文首先对聚苯胺的分子链结构和导电机理进行了较为详细的论述。用化学氧化法合成了聚苯胺,通过实验系统地研究了氧化剂种类、浓度、反应温度、反应时间、掺杂酸的种类和浓度等不同因素对聚苯胺性能的影响。从原料易得、反应产率、产物的电导率等因素综合考虑,得到了苯胺化学氧化聚合反应的最佳条件。 其次用不同种类和不同浓度的酸对聚苯胺进行了再次掺杂,通过红外光谱、紫外光谱和电导率对其结构和性能进行了表征和分析。得到了电导率较高的最佳再次掺杂条件以及聚苯胺的结构和光电性能与再掺杂酸的酸性和酸浓度都有较大关系的结论。 第三采用原位聚合的方法制备的PAn/PVA复合材料,通过电导率、红外光谱、紫外光谱、荧光光谱与热重曲线等分析复合材料的光电性能、结构和稳定性。复合材料也具有较高的电导率,在最佳的反应条件下,其电导率可达4.55S/cm。复合材料的红外光谱显示了复合材料中PAn的结构与化学氧化聚合直接制得的纯导电态聚苯胺的结构一致。PVA与PAn的相互作用影响复合材料的UV-Vis吸收光谱,复合材料的UV-Vis吸收光谱与PAn相比发生了不同程度的蓝移。荧光光谱表明将PVA与PAn复合,增强了载流子的注入密度和限域效应,抑制了PAn的非辐射衰减,提高了复合材料的发光效率。从室温下长时间的电导率数据和热重分析曲线可知复合材料具有良好的稳定性。 最后,对聚苯胺在光伏领域的应用进行了初步的研究。利用聚苯胺和复合材料与n型硅制备出了有机p-n异质结太阳电池,对电池的伏安特性、开路电压、短路电流和稳定性进行了测试,对电池的机理进行了初步探讨,分析了影响聚苯胺p-n异质结电池特性的各种因素。得到了一些未见报道过的很有价值的结果。


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