PANI:La_2O_3体异质结光伏器件的制作与性能研究

【摘要】：近年来,有机聚合物太阳能电池的研究备受人们关注。在众多导电聚合物中,聚苯胺(PANI)由于其自身的优异特性,被认为是目前最有希望在实际中得到应用的导电聚合物。 本论文以苯胺(AN)为单体,质子酸为H+掺杂剂,过硫酸铵(APS)为氧化剂,用化学法合成了电导率较高的PANI。分别研究了对甲基苯磺酸(p-TSA)、H2SO4、HCl及H3P04等不同种类质子酸以及以p-TSA为H+掺杂剂时,APS的用量对PANI电导率σ的影响。结果表明,以1.00mol·L-1的p-TSA为H+掺杂剂、APS和AN摩尔比nAPS:nAN=1:1时合成的PANI电导率σ最高,为200S.cm-1。扫描电子显微镜(SEM)研究结果表明,在此条件下合成的PANI为直径约60nm的纤维,纤维的分支化程度比较高,这有利于减小PANI的分子链间电阻,提高材料电导率。 采用循环伏安(CV)法和紫外-可见(UV-Vis)分光光度法分析了在上述实验条件下合成的PANI的能级结构。根据差热-热重分析(DSC-TG)结果确定了所合成的PANI的玻璃化转变温度。结果表明,PANI的最高占有轨道的能级EHOMO＝-4.85eV,最低空轨道的能级ELUMO＝-3.20eV,能隙Eg=1.656V。PANI的玻璃化转变温度约为185℃,结构坍缩温度大于225℃。 采用溶剂蒸发法制备了以PANI与La203共混活性层为体异质结的光伏器件ITO/PANI:La2O3/ITO。改变活性层中PANI与La203的质量比,在暗箱和模拟太阳光照射的条件下分别测试了器件的电流-电压(I-U)特性曲线。结果表明,当PANI与La203的质量比为1：4时器件的光伏性能最佳,开路电压UOC＝117mV,短路电流ISC＝53μA,填充因子FF=0.222。 研究了La203在700℃下预烧结处理以及ITO/PANI:La2O3/ITO器件在200℃下的退火处理对ITO/PANI:La2O3/ITO光伏性能的影响。X-射线衍射实验结果表明,预烧结后,La203粉体的粒度变化不明显,但纯度增大。SEM实验结果表明,退火有利于PANI:La2O3活性层中材料结构的规整。进行上述两种热处理方法后,ITO/PANI:La2O3/ITO器件的Isc和FF都有明显的、不同程度的增加。 【关键词】：有机太阳能电池 聚苯胺 氧化镧 体异质结 光伏特性
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4;O657
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 有机/聚合物太阳能电池的研究背景11
• 1.2 有机/聚合物太阳能电池的工作原理11-20
• 1.2.1 有机半导体的导电机理11-12
• 1.2.2 有机太阳能电池器件工作的物理过程12-13
• 1.2.3 有机/聚合物光伏器件结构13-15
• 1.2.4 有机/聚合物太阳能电池特性15-18
• 1.2.5 体异质结太阳能电池国内外研究现状18-20
• 1.3 聚苯胺的基本介绍20-25
• 1.3.1 聚苯胺的分子结构20-21
• 1.3.2 聚苯胺的制备方法21-22
• 1.3.3 聚苯胺的导电机理22-23
• 1.3.4 聚苯胺的应用23-25
• 1.4 纳米氧化镧的基本介绍25
• 1.5 本课题研究的目的和意义25-26
• 第2章 聚苯胺的合成与性能测试26-36
• 2.1 实验仪器和试剂26-27
• 2.2 PANI的合成27-28
• 2.2.1 PANI的合成方法27
• 2.2.2 不同浓度p-TSA为掺杂剂的PANI的合成27
• 2.2.3 不同n_APS:n_AN比值条件下PANI的合成27
• 2.2.4 以不同种类的酸为H~+掺杂剂的PANI的合成27
• 2.2.5 PANI修饰Pt电极的制备27-28
• 2.3 PANI的表征28-29
• 2.3.1 PANI的室温电导率测试28
• 2.3.2 PANI的SEM实验28
• 2.3.3 循环伏安曲线的测试28
• 2.3.4 紫外-可见分光光谱测试28-29
• 2.3.5 差热-热重分析29
• 2.4 实验结果与讨论29-34
• 2.4.1 电导率测定结果分析29-30
• 2.4.2 PANI的SEM测试结果30-31
• 2.4.3 PANI的循环伏安(CV)测试结果31-32
• 2.4.4 PANI的紫外-可见吸收光谱测试结果分析32-33
• 2.4.5 PANI的热性能分析33-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第3章 ITO/PANI:La_2O_3/ITO体异质结光伏器件的研究36-51
• 3.1 实验仪器及试剂36-37
• 3.2 ITO/PANI:La_2O_3/ITO体异质结光伏器件的能级结构分析37
• 3.3 ITO/PANI:La_2O_3/ITO体异质结光伏器件的制作37-39
• 3.3.1 ITO导电玻璃的清洗和导电面的鉴别37-38
• 3.3.2 ITO/PANI/ITO和ITO/La_2O_3/ITO单层器件的制作38
• 3.3.3 ITO/PANI:La_2O_3/ITO体异质结的制作38-39
• 3.4 ITO/PANI:La_2O_3/ITO体异质结光伏器件的特性测试39-40
• 3.4.1 ITO/PANI/ITO和ITO/La_2O_3/ITO单层器件的欧姆接触性能测试39
• 3.4.2 ITO/PANI:La_2O_3/ITO体异质结的整流特性测试39
• 3.4.3 ITO/PANI:La_2O_3/ITO体异质结的负载特性测试39-40
• 3.5 ITO/PANI:La_2O_3/ITO体异质结光伏器件结特性分析40-45
• 3.5.1 ITO/PANI/ITO单层器件的欧姆接触性能及阻值分析40-41
• 3.5.2 ITO/La_2O_3/ITO单层器件的欧姆接触性能及阻值分析41-42
• 3.5.3 ITO/PANI:La_2O_3/ITO体异质结的整流特性分析42-43
• 3.5.4 ITO/PANI:La_2O_3/ITO体异质结的负载特性分析43-44
• 3.5.5 光照强度对ITO/PANI:La_2O_3/ITO器件光伏性能的影响44-45
• 3.6 La_2O_3烧结对ITO/PANI:La_2O_3/ITO器件光伏性能的影响45-47
• 3.6.1 La_2O_3烧结实验45
• 3.6.2 烧结前后La_2O_3的XRD实验结果分析45-46
• 3.6.3 La_2O_3烧结对ITO/PANI:La_2O_3/ITO器件性能的影响46-47
• 3.7 退火处理对ITO/PANI:La_2O_3/ITO器件性能的影响47-49
• 3.7.1 ITO/PANI:La_2O_3/ITO器件的退火处理47
• 3.7.2 ITO/PANI:La_2O_3/ITO器件退火前后的SEM结果分析47-48
• 3.7.3 退火处理对ITO/PANI:La_2O_3/ITO器件光伏性能的影响48-49
• 3.8 本章小结49
• 3.9 实验中不足与展望49-51
• 3.9.1 实验中不足与改进方向49-50
• 3.9.2 展望50-51
• 第4章 结论51-53
• 参考文献53-59
• 致谢59

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