新型硫化物量子点/单壁碳纳米管/共轭聚合物三相复合异质结构光电转化机理的研究

开展新型硫化物量子点-单壁碳纳米管/聚合物复合异质结构材料制备及其光电转化性能研究。针对传统有机太阳能电池的电荷运输速率差，能量转换效率低等问题，提出了电化学沉积制备硫化物量子点/单壁碳纳米管异质结构的思路。通过调节沉积电位、电流、沉积时间、溶液浓度配比及pH值等因素，来解决硫化物量子点粒径的均一性、形状、晶型及碳纳米管表面量子点的负载率、分布等一系列问题。并通过原位聚合，利用硫化物量子点的光催化作用，将共轭聚合物与负载有硫化物的碳纳米管复合，形成新型复合P-N异质结构。通过结构的研究,并在成功组装电池的基础上，进一步研究硫化物量子点/单壁碳纳米管异质结构以及硫化物量子点-碳纳米管/共轭聚合物异质结构与其光电性能之间的内在构效规律，探讨聚合物、量子点杂化界面设计对于光电转化机理的影响，建立多相异质结对材料光物理性能影响规律的基础理论。

开展新型无机量子点-单壁碳纳米管/聚合物复合异质结构材料制备及其光电转化性能研究。针对传统有机太阳能电池的电荷运输速率差，能量转换效率低等问题，引用杂化p-n结构的宏观异质结概念，提出将无机量子点，共轭聚合物和碳纳米管组装成为杂化光电转化薄膜电池。.首先以3-己基噻吩为原料，分别采用GRIM活性法的方法，三氯化铁氧化聚合以及电化学聚合方法制备聚三己基噻吩。通过调节催化剂用量，沉积电位、电流、沉积时间、溶液浓度配比等因素，调整给体材料聚三己基噻吩分子量，规整度以及其在异质结构的厚度。另外，利用油相法制备了具有不同结构形貌的无机量子点（CdS），作为受体材料，来考察量子点粒径的均一性、形状、晶型、分布等一系列问题对光电性能的影响。本研究的重点内容在于利用上述给受体材料，通过不同的制备方法，制备了不同的活性层材料异质结结构。如，通过原位聚合，将共轭聚合物与负载有硫化物的碳纳米管复合，形成新型复合P-N异质结构，或使用电聚合P3HT-旋涂CdS交替进行的方式，即在电聚合P3HT的表面旋涂一层稀疏的CdS纳米晶，再在这些CdS彼此的空隙中电聚合P3HT，使P3HT刚好将CdS淹没，最后再旋涂一层致密的CdS受体层，制备出了给体受体相互交错的活性层结构。通过对不同组装的异质结结构的研究,并在成功组装电池的基础上，进一步研究这些不同异质结构与其光电性能之间的内在构效规律，探讨聚合物、量子点杂化界面设计对于光电转化机理的影响，建立多相异质结对材料光物理性能影响规律的基础理论。.研究结果表明，对于P3HT/CdS/CNT三元异质结材料的组装结构，采用GRIM活性法制备聚三己基噻吩，其规整度达98%以上。聚合物规整度、分子量及其分布随引发剂用量的增多而下降变宽。高规整聚3-己基噻吩（rr-P3HT）为电子给体材料与无机半导体材料组装的异质结光伏器件是提高有机太阳能电池光电转化效率的有效途径。CNT接枝rr-P3HT能极大的改善其开路电压，电池明-暗光电响应迅速稳定。对于电聚合P3HT-旋涂CdS交替进行的组装结构，实现了聚合过程简单（聚合时间只有十几秒），避免了传统化学方法聚合P3HT的复杂工序的优点。另外，使用T3SH进行化学接枝的ITO电极的电化学活性大大增加。制备的双层异质结活性层和体异质结活性层均具有光电响应，体异质结活性层的光电转化效率略高于双层异质结，与设计初衷相吻合。