《基於水溶性聚噻吩衍生物和石墨烯的綠色太陽能電池》是依託吉林大學，由劉雷靜擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於水溶性聚噻吩衍生物和石墨烯的綠色太陽能電池
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉雷靜
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
石墨烯是2004年發現的一種新型超薄材料。它是一種由碳原子密堆形成、具有單原子層厚度的二維蜂窩狀晶體。由於眾多奇異的特性而引起大家廣泛的研究興趣。其中，石墨烯由於具有較高的電子遷移率、強穩定性、大比表面積、源材料價格低廉等優點而成為一種非常有潛力的有機太陽能電池材料。另一方面，目前的有機聚合物太陽能電池大部分以有機溶劑製備，這在一定程度上增加了電池成本，帶來了一定的污染問題。本課題擬設計製備帶有羧基或磺酸基的水溶性聚噻吩衍生物，以其為分散劑，通過非共價鍵功能化分散/還原法製備在水中能夠穩定分散的石墨烯。以水溶性聚噻吩衍生物為給體，石墨烯為受體製備光敏薄膜，研究水溶性聚噻吩衍生物的分子結構、石墨烯的含量、退火、成膜條件等對薄膜聚集態結構的影響。以其為活性層製備太陽能電池，研究電池的性能與薄膜形態和器件結構之間的關係，為製備高性能、清潔、低成本的水溶性聚和物太陽能電池提供理論與實驗依據。
結題摘要
以側鏈帶羧酸鉀基團的水溶性聚噻吩衍生物poly[3-(potassium-6-hexanoate)thiophene-2,5-diyl] （P3KT）和側鏈帶磺酸鈉基團的水溶性聚噻吩衍生物sodium poly[2-(3-thienyl)-ethoxy-4-butylsulfonate] （PTEBS）為分散劑，通過π－π相互作用非共價鍵功能化分散/還原法製備了在水中能夠穩定分散的石墨烯，研究了水溶性聚噻吩衍生物的分子結構對石墨烯的分散性和二者成膜性的影響，結果表明，P3KT更適合作為分散劑製備石墨烯，為水溶性聚合物太陽能電池材料設計初步提供了依據。以P3KT為給體，石墨烯為受體，以水為溶劑製備了綠色環保的聚合物太陽能電池。研究了石墨烯的含量、退火等條件對P3KT/石墨烯複合膜的聚集態結構和以此複合膜為活性層製備的太陽能電池性能的影響。為了提高石墨烯在太陽能電池中的含量，降低基於水溶性共軛聚合物和石墨烯綠色太陽能電池的成本，以在水中具有較高溶解度的石墨烯JCG-3為受體，P3KT為給體製備了石墨烯含量較高的聚合物太陽能電池。以P3HT:PCBM體系為研究對象，利用氧化石墨烯（GO）修飾ITO電極，製備了結構為ITO/GO (annealing)/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al的太陽能電池。研究結果表明，由於石墨烯緩衝層的引入，增加了電極和PEDOT:PSS層之間的界面接觸，且由於石墨烯具有較高的導電率，有效地改善了界面的電學性質，增強了電極對空穴的收集，從而提高了太陽能電池的光伏性能，器件的能量轉換效率由2.40%提高至3.19%。此外，以共軛聚合物PP-DBT為給體，以PC71BM為受體製備了聚合物體異質結太陽能電池。通過改變給體和受體的摻雜比、選用不同的溶劑、調節活性層的厚度以及對陰極界面進行修飾等方法最佳化了太陽能電池的性能，最佳效率達到3.36%。以三苯胺為核，咔唑、三苯胺、吩噻嗪、聯噻吩四種具有不同給電子能力的基團作為外圍分枝結構，設計合成了四種星型π共軛齊聚物。系統研究了這些星型齊聚物的光物理、電化學、電子結構和電子轉移性質，結果表明，這些星型π共軛齊聚物可以作為給體套用在太陽能電池中。通過上述研究，獲得了一些有意義的研究結果，為製備能量轉換效率較高、低成本、環境友好的水溶性聚和物太陽能電池初步提供了理論與實驗依據。
