P3HT纳米纤维的制备及其光催化制氢性能

为研究纤维膜光催化剂的产氢效果,以共轭聚合物半导体聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene),P3HT)和聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)的共混溶液为纺丝溶液,采用静电纺丝法制备系列P3HT/PMMA纳米纤维,并对其光催化分解水制氢性能进行测试分析。利用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、接触角测试仪等对不同的P3HT/PMMA纳米纤维的表观形貌及相关性质进行表征。SEM图显示,当纺丝液分别以氯仿/氯苯和氯苯为溶剂时,纳米纤维形貌表现出明显差异;紫外-可见吸收光谱显示纳米纤维中P3HT为光催化活性成分,其中以氯苯为溶剂、空气湿度80%时制得的纳米纤维产氢速率最佳(145μmol/(h·g));XRD、接触角和电流测试与分析表明,P3HT以非晶结构均匀分散在纳米纤维中,且纳米纤维膜疏水程度越低,制氢速率越高。P3HT纤维化可有效提高其光催化制氢性能,不仅为光解水制氢提供了新思路,还为可溶液加工的线性共轭聚合物半导体提供了新的应用领域。

掺杂石墨烯量子点对P3HT:PCBM太阳能电池性能的影响

为研究掺杂石墨烯量子点(GQDs)对聚合物电池的影响,采用溶剂热法制备了GQDs,掺杂到聚3-己基噻吩和富勒烯衍生物(P3HT∶PCBM)中作光敏层制备了聚合物太阳能电池。掺杂不同浓度的GQDs后,聚合物电池的开路电压和填充因子都比未掺杂器件高。GQDs掺杂质量分数为0.15%时,形成的掺杂薄膜平整、均匀,填充因子提高了17.42%。GQDs经还原后,随还原时间的延长,填充因子FF增大。到45 min时,电池的FF基本稳定,从31.57%提高至40.80%,提高了29.24%。退火后,获得了最佳的掺杂GQDs的聚合物太阳能电池,开路电压Voc为0.54 V,填充因子FF为55.56%,光电转换效率为0.75%。

P3HT∶PCBM薄膜成膜过程对聚合物太阳能电池性能的影响

P3HT：PCBM薄膜的快速和缓慢成膜过程能显著的改变异质结聚合物太刚能电池性能。通过调节旋转时间以及薄膜退火前的间隔时间，研究了P3HT：PCBM混合薄膜缓慢生长所需最佳时间。结果表明，在转速800r·min^-1下旋涂薄膜，经过50-80s的旋涂，接着放置样品薄膜30min以上，然后再对薄膜进行退火处理，电池效率可以达到3％以上，而快速成膜的电池效率只有1．8％左右。合理的P3HT和PCBM相分离促进了相应载流子的跳跃和传输，是提高电池效率的根本原闪。研究结果为准确掌控缓慢生长的混合薄膜提供了时间窗口。

基于P3HT的有机太阳能电池的特性研究

聚3已基噻吩(P3HT)是近年来出现的一种新型有机聚合物太阳能电池的供电子体材料。通过真空蒸镀与旋涂相结合的方法,制备了基于聚合物P3HT的结构为ITO/Buffer layer/P3HT/C60/Bphen/Ag的有机太阳能电池。测试结果表明P3HT、C60的优化厚度分别为30、40nm。如果还引入金属氧化物MoO3作为阳极缓冲层,能够明显地提高电池的开路电压,其中MoO3阳极缓冲层的优化厚度为1nm。因此,通过优化制备工艺、引入新的器件材料,能更理想地调控太阳能电池的性能参数。

退火对活性层P3HT:PCBM性能的影响

采用匀胶机旋涂成膜的方法在手套箱中制备了P3HT:PCBM薄膜,详细研究了退火处理对薄膜的吸收、晶体结构以及表面形貌的影响,并全面阐述了它们之间的联系。结果发现退火后薄膜的吸收增强,吸收峰的峰位有所红移,通过XRD测试研究表明是因为薄膜出现了不同程度的晶化,主要是P3HT发生了部分晶化。对表面形貌进一步研究发现退火后薄膜的表面粗糙度有所增加,并形成了一定清晰可见的互穿网络,薄膜发生品化,使薄膜性能得到大大改善。将优化得到的材料用于太阳电池中,电池结构为glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al,在AM1.5,100mW/cm^2条件下测试获得电池效率1.41%。

TiO_2/P3HT纳米复合材料光催化降解甲基橙的动力学研究

用化学氧化聚合法制备了导电聚合物聚3-己基噻吩(P3HT)。用聚3-己基噻吩改性纳米二氧化钛,合成TiO2/P3HT纳米复合微粒。对其光催化降解甲基橙的反应动力学进行了分析,测定了反应的表观活化能。结果表明,纯纳米TiO2和TiO2/P3HT纳米复合微粒光催化降解甲基橙的反应均为一级反应;纳米TiO2经聚3-己基噻吩(P3HT)修饰后在可见光下的光催化活性得到提高,且提高降解温度有利于提高甲基橙的降解率,纳米TiO2经P3HT修饰后降解甲基橙的表观活化能由23.44 kJ/mol下降到19.36 kJ/mol。

CdTe包覆TiO_2纳米棒壳核结构有序阵列与P3HT杂化太阳电池研究

采用水热法在含氟二氧化锡导电玻璃(FTO)上制备了有序的金红石型TiO2纳米棒阵列,在TiO2纳米棒阵列上电沉积CdTe纳米晶构成了CdTe包覆TiO2壳核式纳米棒阵列(CdTe/TiO2),然后将聚3-己基噻吩(P3HT)的氯苯溶液旋涂到CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列上构成P3HT包覆CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列的复合结构(P3HT/CdTe/TiO2),在P3HT/CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列复合结构上使用离子溅射法喷镀Au膜构制Au-P3HT/CdTe/TiO2结构的杂化太阳电池,实验测得以Au-P3HT/CdTe/TiO2结构组装的杂化太阳电池的能量转换效率为0.91%。

P3HT/MWNTs复合电致变色器件的制备及特性研究

通过在导电聚合物电致变色材料聚3-己基噻吩(P3HT)中添加少量多壁碳纳米管(MWNTs),制备了不同MWNTs含量的P3HT/MWNTs复合膜电致变色器件,并利用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光谱仪、四探针电导率测试仪等分析仪器对制备器件的电致变色膜层的显微结构、膜层电导率随MWNTs添加量的变化情况及电致变色特性进行了分析研究.结果发现:因少量MWNTs的添加,复合变色膜层的电导率可由1.2×10-2 S/cm提高到3.9S/cm,增加了近300倍.这对减少器件变色过程中的外加电压大小,提高器件颜色变化对比度,减小器件电致变色的响应时间,改善器件的使用寿命都是非常有利的.但研究也发现,过多MWNTs的添加,会导致复合电致变色膜层表面粗糙度增加,且过多的MWNTs也增加了变色层对可见光的吸收率,MWNTs添加量质量百分比不应超过膜层的2%.

基于P3HT∶PCBM聚合物太阳电池阳极减反膜的设计与制备

以薄膜光学的相关理论、太阳辐射的能量分布与P3HT的吸收光谱为理论基础,设计出在400～1100 nm范围的超宽带减反膜系,并利用真空电子束蒸发的方法在玻璃基底上蒸镀减反膜,将玻璃基底在400～1100 nm波段的透过率提高了3%～5%,光子通量增加了3%。接着,将减反膜应用到以P3HT和PCBM为本体异质结的聚合物太阳电池的阳极上,得到了具有阳极减反膜的聚合物太阳电池。经过对比测试分析,具有阳极减反膜的太阳电池效率比普通电池提高了3.23%,与光子通量提高值较为符合,这一结论为聚合物太阳电池效率的进一步提高提供了一个可行的方法。

基于P3HT给体的单/双受体平面异质结电池性能及其介电特性

为了研究分析界面电荷等特性对器件的影响,制备了基于P3HT给体的单/双受体平面异质结(PHJ)有机太阳能电池(OPV)。首先研究了P3HT膜厚、P3HT溶剂和P3HT膜层的干燥时间对器件性能的影响。为了提高P3HT/Sub Pc PHJ电池的性能,采用双受体的三元器件结构(P3HT/Sub Nc/Sub Pc),制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/P3HT/Sub Nc/Sub Pc/BCP/Al的三元瀑布型OPV器件并研究了Sub Nc层厚度对其性能的影响。结果表明,在二元器件(P3HT/Sub Pc)体系中,P3HT溶于氯仿和1,2-二氯苯混合溶剂,成膜后干燥10 min退火获得的器件性能最佳。在三元器件中,随着Sub Nc厚度的增大,器件光电转换效率(PCE)先增大后减小。当Sub Nc厚度为5 nm时,器件PCE达到最大。相比于二元器件,三元器件的各项性能得到明显提升。最后,比较研究了不同厚度Sub Nc薄膜对器件介电特性的影响。

Fe_3O_4纳米粒子对P3HT∶PCBM电池的影响

为了提高太阳能电池的性能,研究磁性纳米粒子在外加磁场的作用下对聚合物太阳能电池有源层P3HT∶PCBM成膜及太阳能电池性能的影响。本文采用热分解法制备了磁性Fe_3O_4纳米粒子,将不同质量分数的Fe_3O_4纳米粒子掺入到P3HT∶PCBM溶液中,旋涂后在外加磁场的作用下自组成膜。通过TEM、XRD对制备的Fe_3O_4纳米粒子进行表征,并利用偏光显微镜、原子力显微镜对成膜质量进行探究。结果表明,采用热分解法制备的Fe_3O_4纳米粒子直径在10 nm左右,在外加磁场作用下,Fe_3O_4纳米粒子对成膜有一定的调控作用。当Fe_3O_4纳米粒子掺杂质量分数为1%时,太阳能电池器件的开路电压增加3.77%,短路电流增加24.93%,光电转换效率提高7.82%。

RR-P3HT和PCBM混合薄膜中的长寿命光激发态研究

用连续波光致吸收光谱研究了3-己基取代聚噻吩和富勒烯混合薄膜中的长寿命离域极化子和局域化极化子,不同泵浦光强度下和不同样品温度下依赖于调制频率的光致吸收信号,结果表明:在毫秒时间级离域极化子和局域化极化子均显示出受缺陷态影响的分散的双分子复合过程;离域极化子和局域化极化子的复合是热活化过程,在激光强度近似为一个太阳常量时,离域极化子和局域化极化子复合的热活化能分别是25meV和13meV.

P3HT及CTCHT修饰纳米TiO_2的光电性能研究

用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了聚3-己基噻吩(P3HT)及3-己基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物(CTCHT)修饰纳米结构TiO2电极的光电转换性质。结果表明,经修饰后的纳米TiO2电极光电流明显增强,光电转换效率得到明显提高。在复合膜电极中存在p-n异质结,异质结的存在有利于光生电子-空穴对的分离,降低了电荷的反向复合几率,提高了光电转换效率。

纳米硅/P3HT复合薄膜的制备及光学特性

采用等离子体增强化学气相沉积技术和旋涂法相结合制备了纳米硅/P3HT复合薄膜.利用Raman散射、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和光致发光谱(PL)等技术对复合薄膜的微观结构及光学特性进行了分析.结果表明:氢流量的增加,可以有效钝化硅中的缺陷,提高纳米硅薄膜的晶化度;复合薄膜中纳米硅的引入改善了P3HT在短波长范围的吸收能力,但存在与P3HT辐射发光相竞争的过程;对复合薄膜的光致发光机制进行了分析.

P3HT/PCBM太阳能电池的研究进展

从活性层中给体和受体材料的改进、添加剂的影响以及器件制备工艺过程中的改进3个方面对太阳能电池光电转换效率的影响出发,综述了近年来基于C60衍生物(PCBM)/聚己基噻吩(P3HT)的聚合物太阳能电池的研究进展,并对各种改进方法进行了分析,最后从提高电池光电转换效率的几个方面阐述了该领域进一步发展的重点、趋势及前景。

复合阴极Ag/LiF/Al对P3HT:PCBM太阳能电池性能的影响

在P3HT∶PCBM聚合物太阳能电池的阴极LiF/Al中引入纳米结构的银膜组成Ag/LiF/Al复合阴极,太阳能电池的光电流能显著提高。在AM1.5G和100mW.cm-2的模拟太阳光照射下,当银膜厚度为4纳米时,优化的太阳能电池的光电流要比只有LiF/Al的参比太阳能电池高20%以上。研究表明,纳米银膜产生的表面等离子体效应是增强聚合物太阳能电池光电池的主要原因。不过,银膜修饰的太阳能电池填充因子和开路电压要比参考电池低,最终使该类型电池效率降低。在银膜处增加的载流子复合可能是导致电池填充因子、开路电压和能量转化效率降低的重要原因。

有机聚合物P3HT/PCBM薄膜的同步辐射掠入射X射线衍射

以聚己基噻吩(poly(3-hexyl-thiophene),P3HT)为电子给体材料和富勒烯的衍生物([6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester,PCBM)为电子受体材料的有机光伏器件,其活性层中P3HT的结构有序性是制约器件光电转换性能的重要因素。本文采用同步辐射掠入射X射线衍射(Grazing Incidence X-ray Diffraction,GIXRD)方法,研究有机聚合物P3HT/PCBM薄膜经过不同的温度退火后P3HT在薄膜中不同深度处的微结构变化。一维面外GIXRD实验结果表明:退火处理使大量的PCBM分子扩散至薄膜表层,从而增大了薄膜表层P3HT分子edge-on结构的层间距和改善了晶粒倾斜程度;退火处理使得薄膜内部P3HT分子edge-on结构结晶性和有序性得到明显改善。然而,退火处理并没有明显增加薄膜表层和薄膜/衬底界面处的P3HT分子edge-on结构的结晶性。二维GIXRD实验结果表明:退火处理可以明显增加薄膜中P3HT分子edge-on结构结晶性、有序性以及晶粒取向的广泛分布;退火处理也使薄膜沿面内方向出现了结晶性较好的face-on结构。以上结果揭示出退火处理有利于薄膜表面、内部以及薄膜/衬底界面处形成更多且更有序的微相异质节和二维电荷传输通道,大大增强光生激子的分离效率和载流子沿P3HT分子链的迁移速率,这对理解退火处理提高P3HT/PCBM薄膜光伏器件的光电转换性能具有重要意义。

TiO_2/P3HT纳米复合微粒制备及表征研究

以纳米二氧化钛(TiO_2)和聚3-己基噻吩(P3HT)为原料,氯仿为溶剂,制备了TiO_2/P3HT纳米复合微粒。采用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)等方法对复合微粒的结构和性能进行表征和分析。结果表明,通过P3HT修饰后的TiO_2/P3HT与纯TiO_2相比,晶型、粒径和形貌基本没有发生改变,平均粒径22nm;纳米TiO_2/P3HT比纯TiO_2在可见光区的光吸收能力增强,当TiO_2∶P3HT摩尔配合比为30∶1时,在波长508nm,TiO_2/P3HT的吸光度达到1.0123,而纯TiO_2的吸光度为0.10824。

原位法P3HT-COOH/CdS纳米复合材料的制备与表征

以二水乙酸镉(Cd(OOCCH3)2·2H2O)为镉源,硫粉(S)为硫源,二氯苯(DCB)和二甲基亚砜(DMSO)为混合溶剂,末端羧基化聚-3-己基噻吩(P3HT-COOH)为模板,原位法合成了P3HT-COOH/CdS纳米复合材料;并利用核磁共振氢谱、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、透射电子显微镜、紫外-可见光谱和荧光光谱等分析测试方法对其组成、形貌、光电性能等进行了表征。研究了不同反应温度及S/Cd摩尔比对复合材料形貌及光电性能的影响。实验结果表明,所合成的CdS纳米粒子均匀分布在P3HT-COOH/CdS复合材料中;CdS的尺寸和分布不仅受温度影响,还很大程度上受S/Cd摩尔比的影响;P3HT-COOH/CdS纳米复合材料有较强的荧光淬灭,表明CdS与P3HT-COOH之间有电荷转移。

巯基化P3HT衍生物的合成与表征

用GRIM(Grignard Metathesis Method)合成了聚(3-溴己基噻吩),并在硫代乙酸钾和氢化铝锂的作用下合成了巯基化的P3HT衍生物聚(3-(6-巯基己基)噻吩)。通过红外光谱、核磁共振波谱、凝胶渗透色谱、紫外-可见光谱、荧光光谱以及电化学分析对中间产物和最终产物的结构和光电性能进行了表征。结果表明,所合成聚合物与目标产物的结构一致,聚合物的数均相对分子质量为5621,多分散系数为1.39,在氯仿溶液中最大吸收波长为408 nm,最大发射波长为545 nm,电化学能隙为1.81 eV。