平面π共轭材料的构筑及其钝化钙钛矿缺陷的应用

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wenliang729
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其具有较小的激子束缚能、优异的光吸收能力以及制备方法简单、低成本等特点,引起了研究人员的广泛关注。目前,虽然PSCs的效率已经超过25.5%,但由于钙钛矿薄膜制备过程中引起的缺陷(表面缺陷、晶界缺陷)问题已经成为限制其效率进一步提升的最大瓶颈。因此,降低钙钛矿薄膜缺陷密度来提高电池器件的效率和稳定性具有重要研究意义。本论文以有机小分子(苯并噻吩、咔唑、吩噻嗪、苝四羧酸二酰亚胺)为主体材料,利用溶剂热法和共沉淀法构筑了平面π共轭结构功能材料,系统的研究了其对钙钛矿薄膜缺陷(表面缺陷、晶界缺陷)的钝化机理。主要研究内容如下:1.针对钙钛矿薄膜的表面缺陷,本工作提出以苯并噻吩、咔唑、吩噻嗪作为碳源,采用溶剂热制备具有π共轭结构且可以有效钝化钙钛矿薄膜表面缺陷的碳点。研究结果表明,通过溶剂热处理,苯并噻吩分子裂解重组形成了碳点。此外,溶剂热处理过程中新官能团C-O-C的出现,提升了其HOMO能级,使其与钙钛矿的价带更加匹配而有利于空穴传输。然而,在相同条件下,由于咔唑、吩噻嗪分子未达到断键的能量,并未发生化学键的断裂以及碳点的形成,其HOMO能级变化较小,与钙钛矿的价带失配。更为重要的是,由于苯并噻吩碳点结构中的S=O和C=O键的出现,有效钝化了钙钛矿表面缺陷,减少了载流子的复合,进而提高了器件的性能。以上述产物作为空穴传输材料,与无新官能团出现的咔唑产物(11.65%)和吩噻嗪产物(9.50%)制备的器件相比,苯并噻吩碳点修饰的器件实现了13.22%的光电转换效率。该方法从新的角度为开发优异的缺陷态钝化材料提供可能。2.针对钙钛矿薄膜的晶界缺陷,本工作基于水滑石的限域微环境,采用共沉淀方法,构筑了N,N-二(丙酸)-苝-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(PDI)组装体材料。研究结果表明,与PDI单体相比,PDI组装体具有更高的π-π共轭体系,这有利于其对光生载流子的转移和分离。更重要的是,PDI组装体中C=O键与Pb2+可以发生相互作用,有效钝化钙钛矿薄膜的晶界缺陷,减少了陷阱辅助复合,从而提高了器件的效率和稳定性。基于上述设计,利用PDI组装体的π-π共轭作用及对钙钛矿薄膜晶界缺陷的钝化作用,实现了PDI组装体协助的PSCs器件高达14.17%的光电转换效率。本工作不仅拓宽了组装体的应用前景,而且为开发低成本、高性能光电器件提供了有效途径。
其他文献
随着经济社会的快速发展,城市化进程也越来越快,数据可视化技术也得到广泛的应用,由于综合立体交通网建设过程中出现较多的问题,传统的方法不易处理,而数据可视化技术可以有效地分析大量数据,并从中提取有效信息,在综合立体交通网建设中应用数据可视化技术,可以有效解决交通运行效率和道路规划建设、各地区建设发展不平衡等问题,因此文章将对综合立体交通网建设中融入数据可视化技术进行研究,保证综合立体交通网建设过程中
期刊
糖尿病已成为21世纪世界范围内的一种流行病,它是继肿瘤、心脑血管病之后第三大严重威胁人类健康的慢性非传染性疾病,成为当前世界各国共同面对的公共健康问题。精准医疗已经成为我国战略性新兴产业的组成部分。相比于传统医疗而言,精准医疗具有精准性与便捷性的优势,成为当今医学研究的重点之一。胰岛素和血乳酸是糖尿病相关的两项重要诊断标志物,胰岛素含量的测定可以了解糖尿病人胰岛素分泌情况,并且是糖尿病分型的重要依
学位
近年来,过渡金属催化的化学反应是一类重要的催化反应,是有机化学反应合成中的重要方法之一。过渡金属配合物由于具有潜在的高反应活性而被认为是有前途的高性能催化剂,采用理论方法研究过渡金属配合物催化反应的机理,对揭示分子反应内在本质,具有非常重要的意义。本论文主要对过渡金属催化碳氢硼化和二氧化碳还原反应机理进行了理论研究,包括以下内容:1.采用密度泛函理论(DFT)方法研究了阳离子铱配合物催化碳氢硼化的
学位
本论文采用密度泛函理论(DFT)方法对过渡金属配合物催化Cacchi反应、C=N双键不对称加氢和酮类化合物加氢反应进行了理论研究,探究了过渡金属配合物催化酰胺和苯硼酸的偶联反应,亚胺不对称加氢反应,酮类不对称加氢的反应机理,讨论了反应碱、配体效应、取代基效应等对催化剂活性的影响,以及催化反应立体选择性的根源。同时,为避免镜像异构的产生,设计了一系列催化剂,并发现具有较好的催化活性。本论文通过对过渡
学位
有机合成是现代化学合成中最常见且不可缺少的,然而,传统的有机合成过程不仅消耗大量的化石能源,还伴随着大量污染物的排放,造成严重的能源危机和环境问题,利用太阳能作为有机合成的动力是解决上述困境的最有效途径之一。层状双金属氢氧化物(LDHs),简称水滑石,是一类二维阴离子型粘土材料,由带正电的主体层板和层间阴离子组成,是一种新兴的光催化剂,制造成本低。水滑石具有主体层板阳离子和层间阴离子可调、主客体相
学位
化石能源的日渐耗竭迫使人们不断努力开发新的可再生能源。水分解制氢气过程因效率高、工艺简便且生产无污染而具有很好的发展前景。然而,目前最常用的Pt基电催化剂受到低储量和高成本的严重制约,研制非贵金属高效电解水制氢催化剂遂成为研究的焦点。本文以具有优良导电性的泡沫镍作为基底,采用两步水热法制备了镍铁基LDH/r GO/NF复合电催化剂,探究其碱性条件下析氧反应(OER)、析氢反应(HER)及全解水性能
学位
近年来,水资源短缺、水生态恶化等问题制约着我国社会的发展,地下水以及地表中氨氮超标更加剧用水紧张,严重污染环境。随着氨氮处理技术研究的深入,发现厌氧氨氧化结合化学催化氧化法能够很好的处理水中氨氮,该技术的关键点在于如何将氨氮高选择性、高稳定性地转化为亚硝氮。本课题采用共沉淀法制备一种具有催化氧化作用的铁锰氧系铵氧化催化剂(简称“铵催化剂”)用于处理氨氮,并取得以下成果:1.对自制备的铁锰氧系铵氧化
学位
过渡金属催化的有机反应对有机催化合成领域具有重要的意义。不对称合成反应能够选择性地生成带有手性中心的化合物,其中手性胺以及手性醇都是工业生产中十分重要的化合物,广泛应用于生物、农化、精细化工、聚合物、增塑剂等领域。此外,具有C=C键和硼酯的烯基硼酸酯,也是一类重要的有机合成中间体,可以发生多种转化反应,常用于合成复杂分子和天然产品,在合成领域具有非常重要的地位。催化剂可以调控化学反应的选择性和反应
学位
一些工业和办公场所容易富集臭氧,超过国家《环境空气质量标准》中的阈值,伤害人体的身体健康。催化分解法因其效率高、环境友好和经济等优点,成为最受关注的臭氧去除方法。过渡金属具有氧化还原特性,且价格便宜,在臭氧催化分解领域发挥着重要作用。水滑石是二维层状结构,其具有可调控的层板组成和电子结构。本文将Co、Fe、Ni过渡金属引入水滑石(LDHs)层板,研究了层板金属元素的种类、相互作用、金属价态、水滑石
学位
近年来,由于大量的化学品被广泛使用,危化品事故频发,因此目前至关重要的就是对化学品和化学战剂(CWA)进行有效防护。在一些国家,频繁的恐怖主义生化袭击导致了大量伤亡,所以必须加强应急处置能力,应急处置人员必须配备各种专业的民用或军用化学防护装备。聚电解质膜是含有电解质基团的膜材料,它属于聚合物膜的一种,这种材料有着较好的导电性能和离子选择性。其亲水-疏水微相分离结构可以使水分子以及有机小分子通过、
学位