碳材料在钙钛矿太阳能电池中的应用

钙钛矿太阳能电池具有材料成本低廉、生产工艺简单、光电转换效率高等优点,发展前景十分光明。碳材料因其价格低廉、高导电性、疏水性和化学稳定性等特点,被应用在钙钛矿太阳能电池的各个组成部分,用于提高电池性能和降低成本。本文根据应用在钙钛矿太阳能电池中的碳材料的维数进行分类,分别介绍了零维的C60、碳量子点和石墨烯量子点,一维的碳纳米管,二维的石墨烯及其衍生物、石墨炔和三维的石墨等在钙钛矿太阳能电池中的应用,对于将来实现钙钛矿太阳能电池的低成本商业化和大规模制造具有重要意义。

碳纳米管改性PTFE复合材料摩擦磨损性能

以强酸氧化后不同含量的碳纳米管(CNTs)为填料制备了聚四氟乙烯(PTFE)/CNTs复合材料,研究其摩擦磨损情况。结果表明:CNTs填充质量分数为0,1%,3%,5%,7%时,PTFE/CNTs复合材料的摩擦系数随转速的增大而增大;20,40,60,80 r/min转速下,复合材料摩擦系数随碳纳米管填充质量分数的增加先增大后减小,当填充量为5%时,各转速下的摩擦系数均达到最大值。三维视频显微镜观察样品的表面磨痕深度并计算试样平均体积磨损率,发现填充CNTs可显著降低复合材料体积磨损率,当填充量大于5%后,复合材料体积磨损率增大。扫描电子显微镜观察发现:CNTs质量分数小于5%时,CNTs有效抑制PTFE的犁削,这种抑制作用随CNTs质量分数增大而增大,当质量分数为7%时,PTFE/CNTs复合材料犁削加剧,其原因为CNTs发生团聚,对PTFE分子链的约束作用弱化,使得分子链被拉出结晶区域。

碳纳米管与二硫化钼填充PTFE蠕变性能

为提高聚四氟乙烯(PTFE)在高载荷下的抗蠕变性,强酸氧化处理碳纳米管(CNTs),干燥过筛MoS_2,模压成型烧结制备PTFE/CNTs,PTFE/MoS_2,PTFE/CNTs/MoS_2复合材料,长期压缩研究复合材料的蠕变性能。结果表明:所有材料均在试验初期应变量线性增加,应变增加速率为1.74%/min,PTFE基复合材料受载初期应变量线性增加与PTFE分子链键角振动有关,与填充物类型和填充量无关。载荷作用30min后,随着时间延续,应变量又呈现出类似于线性的增加,增速稳定、增幅极小,这一阶段伴随黏性流动。材料屈服导致应变量增速出现急剧减缓,CNTs,MoS_2在屈服阶段作用机制分别为纤维捆束PTFE分子链和物理交联限制PTFE链段运动。同一填充量的材料在进入应变量小幅增加阶段后,恒定载荷大的材料,其应变量也大。随着CNTs或者MoS_2填充量增大,试样在同一恒定载荷作用阶段的应变量是逐步减小的。在降低材料应变量方面,20%MoS_2填充优于7%CNTs填充,5%CNTs/20%MoS_2填充效果好于20%MoS_2填充,物理交联较纤维捆束更能提高PTFE材料的抗蠕变性。PTFE屈服应力为7.937MPa,波动性δ2为0.09。

二硫化钼填充PTFE蠕变性能

为提高聚四氟乙烯(PTFE)抗蠕变性,选用二硫化钼(MoS2)填充改性PTFE,制备PTFE/MoS2材料并研究其蠕变性能。结果表明:材料应变时间曲线表现出双线性特征,压缩试验前期应变量线性增加,应变量增速在2.176%/min左右,载荷作用20min后应变量增速急剧降低,降到0.014%/min时,增速趋于稳定,试样应变量以0.014%/min的增速线性增加。试样应力应变曲线呈四个阶段特征,分别是:初次线性增加、屈服,再次线性增加、蠕变,初次线性增加与再次线性增加与PTFE分子链上键长、键角振动有关,达到载荷设定值后,随着时间延续,试样表现出明显的普弹变形。MoS2在屈服阶段通过物理交联限制PTFE链段运动使得应变量增速急剧降低,相同载荷作用下,随着MoS2填充量增大,试样应变量逐渐降低,回弹率逐渐增大,MoS2填充能够提高PTFE抗蠕变性。