聚苯胺-碳納米管復合薄膜的制備與電學性能研究.pdf

1、太陽能光伏發(fā)電是可再生能源中發(fā)展最快、最具活力的研究領域之一,它的開發(fā)和應用受到了世界各國的普遍重視。目前應用的太陽能電池大都以硅材料或無機化合物為基礎,它們工藝復雜、生產(chǎn)成本高,這在一定程度上限制了它們大規(guī)模的推廣應用。為了改善太陽能電池的性能、降低制造成本、減少大規(guī)模生產(chǎn)對環(huán)境造成的影響,科學家探索了許多新材料、新結(jié)構(gòu)的太陽能電池。聚合物太陽能電池具有生產(chǎn)工藝簡單、原料價格低廉、柔性及可制備大面積器件等優(yōu)點,得到了研究人員的廣泛關(guān)注

2、,目前它的轉(zhuǎn)換效率還很低。在眾多因素中,光生電荷的傳輸是影響聚合物太陽能電池性能的重要因素之一。
　　 碳納米管具有極高的電荷傳輸能力,被廣泛用于光電子器件如場效應晶體管、有機光伏電池的制備等。聚苯胺具有良好的導電性,在紫外可見及近紅外光譜區(qū)具有優(yōu)良的光吸收性,是聚合物太陽能電池新的研究熱點。本文利用聚苯胺作為電子給體材料(D),碳納米管作為電子受體材料(A)制成復合薄膜,通過控制反應條件使復合體系在微觀上形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),增大

3、給體／受體(D／A)的界面面積,期望提高復合體的電傳輸性能。本文的研究內(nèi)容如下:
　　 1.用濃硫酸和濃硝酸(體積比為3:1)的混合液純化了碳納米管,并對純化前后的碳納米管進行了表征與分析。掃描電子顯微鏡(SEM)、拉曼光譜(Raman)、X射線衍射(xrd)、能譜圖研究表明經(jīng)酸處理的碳納米管純度得到了提高,傅里葉紅外光譜分析表明碳納米管的管壁上接枝了羥基、羧基官能團。
　　 2.對超聲前后的碳納米管進行了分散性觀察,發(fā)

4、現(xiàn)超生處理后的碳納米管在有機溶劑二甲基甲酰胺(DMF)中形成了良好的分散。采用共混法和原位聚合法,通過改變碳納米管含量,制備出了碳納米管質(zhì)量分數(shù)不同的復合材料。
　　 3.將共混法和原位聚合法制備的復合材料分別分散于有機溶劑二甲基甲酰胺中,采用簡單易行的浸漬提拉法使其在玻璃基底上成膜,在50℃下烘干。使用掃描電子顯微鏡(SEM)對復合薄膜的表面及斷面形貌進行了觀察,發(fā)現(xiàn)原位聚合法制備的復合薄膜中碳納米管分散均勻,共混法中碳納米管

5、大多仍團聚成束,復合薄膜厚度為1μm左右,利用紫外可見光分光光度計(UV-vis)對原位聚合法制備的薄膜光吸收性進行了表征與分析。
　　 4.利用四探針電阻儀、光電導測試儀對復合薄膜的光電特性進行了測試分析,探討了碳納米管含量、超聲波處理時間、制備方法、熱退火對復合薄膜電導率的影響。結(jié)果顯示隨著碳納米管含量的增加復合薄膜的電導率從1.6×10-2s／cm增加到了120×10-2s／cm；光照下,碳納米管和聚苯胺之間存在強的相互作