有机太阳能电池材料及其器件的研究

【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。 【关键词】：聚苯胺 合成 掺杂 复合材料 光电性能 太阳能电池
【学位授予单位】：华南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TM914
【目录】：

• 第一章 绪论8-17
• 1.1 研究背景及意义8-14
• 1.1.1 研究背景8-11
• 1.1.2 研究状况11-12
• 1.1.3 缺陷及原因12-13
• 1.1.4 材料的选择13-14
• 1.2 聚苯胺的研究历史14-15
• 1.3 目前聚苯胺国内外研究的热点15-16
• 1.4 本论文主要工作16-17
• 第二章 共轭聚合物及聚苯胺的导电机理17-29
• 2.1 导电聚合物17-18
• 2.2 共轭聚合物导电机理18-24
• 2.2.1 导体绝缘体和半导体的能带理论18-20
• 2.2.2 聚合物的导电条件20-21
• 2.2.3 共轭聚合物的导电方式21-22
• 2.2.4 电子型导电聚合物的导电机理22-24
• 2.3 聚苯胺导电机理24-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 聚苯胺的化学氧化聚合和掺杂29-43
• 3.1 聚苯胺的合成方法及掺杂机理29-33
• 3.1.1 合成方法概述29-32
• 3.1.2 聚苯胺的质子酸掺杂机理32-33
• 3.2 不同因素对聚合反应的影响及聚苯胺的特性33-37
• 3.2.1 实验部分33-34
• 3.2.2 实验结果及分析34-37
• 3.2.3 结论37
• 3.3 再次掺杂聚苯胺的特性分析37-42
• 3.3.1 实验部分37-38
• 3.3.2 结果与讨论38-42
• 3.3.3 结论42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 有机导电聚苯胺复合材料的研究43-52
• 4.1 实验部分43-44
• 4.1.1 原料和试剂43
• 4.1.2 复合材料的制备43-44
• 4.1.3 性能测试44
• 4.2 结果与讨论44-51
• 4.2.1 各种聚合因素对复合材料性能的影响44-47
• 4.2.2 复合材料的光谱分析47-49
• 4.2.3 复合材料的电镜观察49-50
• 4.2.4 复合材料的稳定性分析50-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 聚苯胺太阳电池的研究52-64
• 5.1 有机光伏电池的理论及其参数52-58
• 5.1.1 理想太阳电池53-55
• 5.1.2 材料的光谱响应55
• 5.1.3 太阳电池的短路电流55-56
• 5.1.4 太阳电池的开路电压56-57
• 5.1.5 材料禁带宽度Eg与效率关系57-58
• 5.2 导电聚苯胺太阳电池的特性研究58-63
• 5.2.1 电池的制备58-59
• 5.2.2 电池的伏安特性59-61
• 5.2.3 电池的开路电压与短路电流61-63
• 5.2.4 电池性能的稳定性63
• 5.3 本章小结63-64
• 第六章 总结64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-72

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