功能化還原氧化石墨烯的制備及其與P3HT復合膜的光學性能.pdf

1、聚合物太陽能電池具有重量輕、成本低、可大面積成膜、柔性以及性能可調(diào)控等優(yōu)點，受到廣泛關注。但是目前聚合物太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率較低，可以通過對不同活性材料的設計和選擇方法的改進，使其在性能上有所突破。石墨烯獨特的二維平面結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學性質(zhì)，能夠與給體材料形成相當大的接觸界面，提高激子的擴散速率和載流子的遷移率，加之其來源廣，成本低，易制備，因此，石墨烯是有非常前途的電子受體材料。
　　本課題以開發(fā)適用于聚合物太陽能電池的石墨烯受體

2、材料為目標，通過Hummers方法制備氧化石墨烯(GO)，并在180℃下不同時間（0、5和10h）水熱還原制備還原氧化石墨烯（RGO:0-RGO、5-RGO和10-RGO），以提高電性能;并通過功能化修飾制備功能化還原氧化石墨烯(SPFRGO:0-SPFRGO、5-SPFRGO和10-SPFRGO)，以改善材料在有機溶劑中的分散性以及與共軛聚合物給體材料的相容性，使之與聚合物形成良好的匹配;以鄰二氯苯(o-DCB)為溶劑將SPFRGO與

3、P3HT共混，采用旋涂法制備復合膜，考察不同受體材料及給受體材料配比等對復合膜的影響。針對本文的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)本文采用Hummers法制備GO，通過SEM和TEM對GO表面形貌進行了觀察;通過XRD、FT-IR和Raman對其結(jié)構(gòu)進行了分析。結(jié)果表明，所制備GO尺寸達到微米級，且其表面粗糙，層數(shù)在1-5之間，GO表面含有大量含氧基團，如環(huán)氧基、羥基和羧基，為后續(xù)的表面修飾反應提供了活性位點;
　　(2)利用水

4、熱法還原GO，考察還原時間的影響，采用異氰酸苯酯對RGO表面進行功能化修飾。通過XRD、FT-IR、EA和Raman對其結(jié)構(gòu)進行了分析，通過TG對其熱穩(wěn)定性進行分析，通過CV曲線對能級結(jié)構(gòu)進行分析。結(jié)果表明:經(jīng)水熱還原后，隨著還原時間的延長，含氧基團數(shù)量明顯降低，熱穩(wěn)定性提高，O/C比顯著降低;用異氰酸苯酯處理RGO后，其在o-DCB中分散性明顯提高，放置700 h后仍能穩(wěn)定存在，0-SPFRGO、5-SPFRGO和10-SPFRGO三

5、種受體材料與P3HT的能級差ΔE1和ΔE3都超過了0.3 eV，說明作為聚合物太陽能電池的受體材料是可行的;
　　(3)以o-DCB為溶劑將SPFRGO與P3HT共混，采用旋涂法制備復合膜，考察不同受體材料、給受體材料配比以及熱處理等對復合膜的影響。結(jié)果表明:加入SPFRGO后，隨著GO還原時間的延長和含量的增加，復合膜粗糙度都變大，這是因為RGO活性低，功能化后在溶劑中的溶解性還比較低，使其發(fā)生團聚現(xiàn)象;復合膜光吸收強度有了一定