DNA-CTMA:PSS新型缓冲层作为聚合物太阳能电池阳极缓冲层的研究

在(DNA)–cetyltrimethyl ammonium(CTMA)中,掺杂poly(styrene–sulfonate)(PSS)制备成DNA–CTMA:PSS,用来代替PEDOT:PSS,作为一种新型的bio–organic阳极缓冲层材料,应用在全溶液法制备的聚合物有机太阳能电池中,并对其电池特性进行了研究。V oc,J sc,FF,和PCE,是在100 mW/cm 2(AM 1.5)光照下测量。与常用的PEDOT:PSS空穴传导材料相比,DNA–CTMA:PSS这种bio–organic材料作为阳极缓冲层制备的器件J sc提高了9.20%,PCE提高了0.64%。PCE的增大主要来源于Jsc的增大。EQE在420 nm到570 nm区间范围有明显提高。电池光透率在620 nm到800 nm区间也同样提高,主要由于DNA的双螺旋结构衍生其独特光子和光学性能。除了具有相近的电学性能以外,作为生物可降解和可再生材料,DNA–CTMA:PSS是一种很有前途的替代PEDOT:PSS的聚合物太阳能电池阳极缓冲层材料。

DNA-CTMA薄膜制备及其光电特性表征

采用离子交换法制取DNA-CTMA复合物，再通过自组装成膜法和旋涂法制备DNA-CTMA薄膜。通过DNA-CTMA薄膜在紫外／可见光／红外及远红外区的吸收光谱、薄膜的折射率与交流电阻的测量，研究了薄膜的光电特性。实验结果表明：DNA-CTMA薄膜的透光性很好，只在紫外230～315nm区间和红外2．7-3．34μm区间出现吸收以及在红外3418nm和3504nm两处有强吸收峰，在通信波段没有明显吸收。此外，分析了薄膜制备过程中，残留丁醇及制膜温度和干燥时间对薄膜折射率的影响。薄膜交流电阻的测量显示，50bp短链的DNA—CTMA薄膜的交流电阻率比2000bp长链DNA-CTMA薄膜小2-3个数量级。

Rh-6G/DNA-CTMA薄膜的制备与光电特性表征

采用旋涂法和自组装成膜法制备了不同厚度的Rh-6G/DNA-CTMA复合薄膜。通过对Rh-6G/DNA-CTMA薄膜的表面形貌、Rh-6G/DNA-CTMA样品溶液及薄膜的紫外/可见吸收光谱和透过率的测量,以及对薄膜样品交流电阻的表征,研究了薄膜的光电特性与成膜质量。实验结果表明:制备的Rh-6G/DNA-CTMA溶液在533 nm处出现吸收峰,且随着掺杂Rh-6G浓度的增加吸收增强,在其他波段无明显吸收;制备的Rh-6G/DNA-CTMA掺杂薄膜在小于280 nm范围只有很小的透射,在540 nm处有明显吸收。此外,未掺杂薄膜的交流电阻随着频率的增加而减小,而掺杂薄膜的交流电阻的变化相反,并在频率为10 MHz和55 MHz处出现明显的突变。

芴类荧光染料掺杂DNA-CTMA薄膜的放大自发辐射特性

钯催化Suzuki反应合成得到一种9,9-二乙基-2,7-二-(4-吡啶)芴(DPFP)荧光染料,研究了该染料的吸收和荧光光学特性,以及DPFP掺杂DNA-CTMA薄膜的荧光光谱特性和放大自发辐射特性。实验结果表明:DPFP的吸收峰位于333nm,DPFP的荧光光谱在370nm和386nm出现荧光峰,在408nm出现肩峰,存在从激发态S1能级到基态S0能级的S10-S00,S10-S01和S10-S02三种振动带的电子跃迁;同时,在Nd:YAG纳秒激光器355nm输出光的泵浦下,DPFP掺杂DNA-CTMA薄膜在波长390nm和406nm处实现了放大自发辐射,其阈值能量密度分别为3.24和3.40mJ/cm2;此外,通过调节DPFP掺杂DNA-CTMA的质量比可以实现特定波长的放大自发辐射。

荧光染料掺杂DNA-CTMA薄膜的放大自发辐射特性

采用旋涂法制备了若丹明6G(Rh6G)和若丹明B(RhB)两种染料掺杂的DNA-CTMA复合薄膜,并通过对薄膜的表面形貌、紫外/可见/红外吸收光谱、荧光光谱特性的测量,表征了薄膜的成膜质量及光谱特性。通过Nd∶YAG脉冲激光器的倍频光激发,研究了不同比例荧光染料掺杂DNA-CTMA薄膜的放大自发辐射(ASE)现象并做了理论解释。实验结果表明,在波长为532 nm的脉冲激光抽运下,Rh6G/RhB/DNA-CTMA薄膜的发射谱出现了明显的窄化现象,而且比单一染料掺杂DNA-CTMA薄膜的发射谱呈现出较大的光谱调谐范围,是一种较好的有机聚合物激光材料体系。