首页 > 学术论文

化学气相淀积石墨烯在不同衬底上的表征以及多层石墨烯在有机太阳能电池中的应用

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:54:22
热度:

化学气相淀积石墨烯在不同衬底上的表征以及多层石墨烯在有机太阳能电池中的应用【摘要】:由于石墨烯具有不同寻常的物理性质,它的发现引发了物理学界的广泛关注。这种特殊的二维材料已被用于各

【摘要】:由于石墨烯具有不同寻常的物理性质,它的发现引发了物理学界的广泛关注。这种特殊的二维材料已被用于各种量子实验。不仅如此,石墨烯还具有独特的机械、光学、电学性质,使得石墨烯可以被用来制作各类新型器件。在室温下,石墨烯的电子迁移率高达200000cm2/V·s。如此高的载流子迁移率使得石墨烯有希望被用来制作高频高速晶体管。除此以外,石墨烯还有可能在其他方面得到应用,比如微机电系统MEMS、电池以及各类探测器。 均匀大面积的石墨烯材料是确保石墨烯器件的高性能和推进该器件走向应用的关键。在目前的石墨烯制备方法中,化学气相沉积(CVD)法被认为是制备均匀大面积石墨烯的最佳制备方法之一。在CVD法制备石墨烯时,已经有多种不同的金属被用来作衬底,如铜、镍等。得益于铜箔表面的自限制作用,铜箔衬底上可以生长出大面积的单层石墨烯,因此铜箔已经成为CVD法制备石墨烯的最常用衬底。为了尽量增大石墨烯单晶的晶畴面积,本文提出电化学抛光的方法对铜箔进行预处理。实验结果表明,经过电化学抛光处理后的铜箔表面更加光亮干净,这有利于降低石墨烯的成核密度。 为了制作石墨烯器件,生长结束后需要进行石墨烯转移。然而,在此转移过程中石墨烯容易受到有机物的污染。光刻胶杂质是测量石墨烯本征物理性质和制作石墨烯器件的障碍。为了去除石墨烯表面的有机物残留,通常在高温下对石墨烯进行退火。研究表明高温退火确实可以有效的去除光刻胶残留,可是高温退火对石墨烯本身的物理性质影响并没有深入的研究。本文把CVD制备的石墨烯转移到蓝宝石衬底上并且将其在不同的温度进行退火实验。利用AFM、拉曼光谱表征等手段,探究了高温退火工艺与衬底间残余应力的关系。通过分析Raman光谱,研究了石墨烯上残余应力的积累。并且在实验的基础上,本文进一步建立了退火残余应力的应力积累模型,获得是应力积累系数为0.35,由此模型导出的应力残余系数与实验结果取得了很好的吻合。 铟锡氧化物ITO常用于制作有机太阳能电池的电极,然而其高昂的价格制约着太阳能电池的普及。不仅如此,铟锡氧化物十分易碎,而且对酸十分敏感,使得可靠性下降。铟锡氧化物中本身化学性质较活泼,其中的离子容易渗入太阳能电池的有效层,造成有机太阳能电池性能下降,因此寻找到ITO的替代材料很有意义。石墨烯具有很高的透光率,单层石墨烯透光率高达97.7%,折射率小于0.1%,几乎可以忽略。虽然具有很高的透光率,但是未经掺杂的单层石墨烯方阻太高,不适合制作透明电极,而随着层数的增加,石墨烯的方阻会逐渐降低。所以为了制作透明电极,本文研究了叠层石墨烯转移工艺。 这里提出了一种免于退火的叠层石墨烯转移方法,利用这种方法转移获得的叠层石墨烯同时具有较高的透光率和电导率。Raman测试表明,尽管随着叠层层数的增加,转移步骤增多,但是叠层转移工艺并没有破坏石墨烯以及引入非故意掺杂。实验获得是4层石墨烯电极的透光率超过86%,方阻小于100。本文在此基础上进一步制作了有机太阳能电池,得到的开路电压为0.62V,短路电流密度为0.51mA/cm2。证明这种转移工艺制备的叠层石墨烯电极,有潜力在有机太阳能电池中用来替代ITO。 总之,本文主要在石墨烯生长、石墨烯与衬底间的相互作用、退火工艺在石墨烯中引入的残余应力、以及叠层石墨烯电极的制备和应用等方面进行了探索研究。 【关键词】:化学气相淀积 石墨烯 残余应力 透明电极
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN304.055;TM914.4
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-11
  • 第一章 绪论11-17
  • 1.1 石墨烯概述11-13
  • 1.2 石墨烯的主要研究方向与进展13-15
  • 1.3 本文主要工作与安排15-17
  • 第二章 石墨烯的能带结构以及主要测试手段17-29
  • 2.1 石墨烯的晶格结构和能带特点17-21
  • 2.1.1 轨道杂化,晶格结构17-19
  • 2.1.2 单层石墨烯的 E-k 关系19-20
  • 2.1.3 多层石墨烯的 E-k 关系20-21
  • 2.2 主要的测试表征手段21-28
  • 2.2.1 扫描电子显微镜 SEM21-23
  • 2.2.2 原子力显微镜 AFM23
  • 2.2.3 光学显微镜 OM23-24
  • 2.2.4 X 射线光电子能谱分析 XPS24-25
  • 2.2.5 非接触 hall 方阻迁移率测试25-26
  • 2.2.6 拉曼 Raman 光谱检测26-28
  • 2.3 本章小结28-29
  • 第三章 化学气相沉积 CVD 法生长石墨烯29-37
  • 3.1 石墨烯的主要制备手段29-30
  • 3.1.1 机械剥离29-30
  • 3.1.2 SiC 制备大面积石墨烯30
  • 3.2 石墨烯 CVD 生长30-36
  • 3.2.1 CVD 概述以及优势30-31
  • 3.2.2 铜预处理31-32
  • 3.2.3 生长条件32-36
  • 3.3 本章小结36-37
  • 第四章 不同衬底和退火工艺对石墨烯性质的影响37-49
  • 4.1 石墨烯向任意衬底的转移工艺37-38
  • 4.2 不同衬底对石墨烯电学性质的影响38-39
  • 4.3 退火去除残留光刻胶39-42
  • 4.4 退火对石墨烯性质的影响42-48
  • 4.5 本章小结48-49
  • 第五章 多层石墨烯电极在有机太阳能电池中的应用49-57
  • 5.1 电池透明电极概述和 ITO 电极的劣势49-50
  • 5.2 叠层石墨烯的转移方法研究50-51
  • 5.3 叠层石墨烯电极的 Raman 表征51-53
  • 5.4 层数对透光率和方阻的影响53-54
  • 5.5 基于石墨烯电极的太阳能电池器件性能分析54-55
  • 5.6 本章小结55-57
  • 第六章 结束语57-59
  • 致谢59-61
  • 参考文献61-69
  • 攻读硕士期间研究成果与获奖情况69-71


您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

功能化石墨烯片的表面性能调控    杨芒果;孔庆强;陈成猛;杨永岗;温月芳;王茂章;

金属钠对活性炭低温石墨化的影响    王芬芬;蔡东辉;黄慧莹;胡中华;徐子颉;

掺氮石墨烯的溶剂热制备及对抗坏血酸氧化的电催化性能    康辉;罗民;梁斌;窦元运;梁森;丁肖怡;

蓝宝石上石墨烯的近程催化生长研究    施图万;陈建辉;吴孝松;俞大鹏;

卟啉类化合物/石墨烯纳米复合材料的制备及其光诱导电子传递性质研究    王琦;左国防;

析因设计结合响应面法分析甲烷干重整过程中通过形成碳纳米管进行二氧化碳减排(英文)    Tiago P.Braga;Regina C.R.Santos;Barbara M.C.Sales;Bruno R.da Silva;Antnio N.Pinheiro;Edson R.Leite;Antoninho Valentini;

含石墨烯复合材料的研究进展    李萍;季铁正;张教强;谷敬凯;郑星卓;杨建锋;

SiC/多层石墨烯纳米复合材料的制备与表征    陈晨;余金山;周新贵;张长瑞;

石墨烯用于提高材料抗原子氧剥蚀性能    张雯;易敏;沈志刚;张晓静;

石墨烯/Cu复合材料力学性能的分子动力学模拟    郭俊贤;王波;杨振宇;

石墨烯包裹二氧化钛在染料敏化电池对电极中的应用    常建立;蒙涛;徐倩倩;任铁真;

化学气相沉积法反应参数对在铜上生长大面积单层石墨烯的影响    杨贺;申承民;田园;王高强;林少雄;张一;顾长志;李俊杰;高鸿钧;

石墨烯的可控制备、后处理及其电化学电容性能研究    杜宪

石墨烯/二氧化钛杂化材料的制备及其催化的光解水制氢    裴福云

基于硅纳米线阵列的有机/无机杂化光伏电池的制备及性能表征研究    申小娟

喷涂法制备聚合物太阳能电池器件研究    陈征

有机—无机杂化光伏电池中的界面效应及调控研究    张付特

氧化物/石墨烯纳米复合材料可控合成及其气敏与光催化性能研究    黄青武

基于聚芴为主体材料的高效聚合物电致磷光器件的研究    李艳虎

石墨烯及其组装材料的制备与表征    李彩霞

吡嗪聚合物和卟啉小分子的合成及其光伏性能研究    秦红梅

缺陷石墨烯在气敏传感器和锂离子电池中的应用    马聪聪

短碳纤维表面金属化及其铜基复合材料的制备与性能研究    苏青青

大面积高质量石墨烯的制备与表征    黄奎

本体异质结有机太阳能电池的数值模拟    刘伟

生物分子与TiO_2/石墨烯相互作用的计算机模拟    郭亚楠

多支链含给—受体结构的共轭铂(Ⅱ)芳香炔配合物的合成及其非线性光学性质研究    黄招辉

功能化石墨烯、石墨烯量子点的制备及其性能研究    刘春芳

碳载体负载贵金属催化剂的制备及其对有机小分子的电催化氧化    姚章权

生物分子功能化的纳米材料在重金属微污染物痕量分析中的研究    丁小凤

基于石墨烯的若干新型电化学传感器的制备及应用研究    赵冬娇

硅纳米线阵列磁控溅射镍膜上化学气相沉积(CVD)石墨烯的研究    延佳

石墨烯及其复合材料的制备及性能研究进展    赵远;黄伟九;

有序石墨烯导电炭薄膜的制备    陈成猛;杨永岗;温月芳;杨全红;王茂章;

后摩尔时代取代硅的微电子材料——碳纳米管和石墨烯    翟译晨;翟冠杰;

碳材料石墨烯及在电化学电容器中的应用    褚颖;刘娟;方庆;蒋利军;

用于锂离子电池的石墨烯材料——储能特性及前景展望    智林杰;方岩;康飞宇;

镀镍石墨烯的微波吸收性能    方建军;李素芳;查文珂;从洪云;陈俊芳;陈宗璋;

石墨烯复合材料的研究进展    孙艳红;赵家昌;唐博合金;唐敖民;廖晨敏;徐菁利;

石墨烯薄膜的制备和结构表征    杨勇辉;孙红娟;彭同江;黄桥;

机械剥离法制备高质量石墨烯的初步研究    唐多昌;李晓红;袁春华;杨宏道;

石墨烯的制备方法及表征研究    李惠茗;张鹏云;李春新;

石墨烯—聚合物高性能复合材料的制备及性质研究    黄毅;梁嘉杰;张龙;许艳菲;王燕;马延风;李飞飞;陈永胜;

电化学发光分析新材料及新应用    胡连哲;韩双;李海娟;徐国宝;

等离子化学气相沉积生长石墨烯的研究    董良旭;张春梅;陈强;刘福平;

狄拉克纳米材料与器件    彭海琳;刘忠范;

石墨烯功能复合材料的制备及应用    黄毅;梁嘉杰;张龙;许艳菲;王燕;马延风;陈永胜;

石墨烯和卟琳的超分子组装及其传感应用    徐宇曦;石高全;

利用二维石墨烯桥增强染料敏化太阳能电池中光生电子的传输    杨乃亮;翟锦;王丹;

基于石墨烯的生物大分子传感    卢春华;李娟;朱春玲;杨黄浩;

肉豆蔻酰磷脂酰甘油保护石墨烯的制备    刘吉洋;郭少军;翟月明;李丹;汪尔康;

Sp~2类碳纳米材料在生物医学上的应用-癌症治疗与成像    刘庄;

石墨烯的制备、表征及光电性质应用研究    许士才

含银、铜、铋的石墨烯复合材料的制备和性能研究    沈博

还原自组装法制备功能化石墨烯材料及其性能研究    李吉豪

掺杂及电场条件下石墨烯若干催化过程的第一原理研究    姜全国

石墨烯的功能化改性及其典型聚合物复合材料的热解与阻燃性能研究    洪宁宁

石墨烯及其氧化物的表面结构和性质的调控    刘芝婷

石墨烯纳米结构中输运性质的研究    王晶

小分子在二氧化钛和石墨烯表面吸附与反应的第一性原理研究    苗萌

荷能重离子引起高定向石墨和石墨烯的辐照效应研究    曾健

石墨烯体系中自旋及谷极化的电子输运性质    吕晓玲

石墨烯传感性能理论计算    朱振华

钒酸盐和石墨烯氧化物复合条带的合成    孙立伟

多层石墨烯膜层及其纳微米图案化结构    刘学

过渡金属修饰石墨烯吸附性能    于圣

聚合物共价修饰石墨烯的研究    刘站站

石墨烯及其复合材料对生物小分子的电化学检测    杜蛟

石墨烯增强尼龙6纤维的研究    侯文俊

在超临界二氧化碳体系中石墨烯剥离技术的研究    胡玉婷

绝缘衬底上石墨烯的形成及其机理研究    邢艳敏

石墨烯用于锂离子电池负极材料的应用基础研究    王赟