铜纳米线的制备及在有机太阳能电池中的应用

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有机太阳能电池由于具有低成本、可以实现大规模的卷对卷生产等优点,受到了人们的广泛关注。通常有机光伏器件使用的电极材料是ITO。然而,ITO本身具有成本高、易碎等问题促使了人们对柔性、低成本导电材料的开发兴趣。因此,研究低成本、制备工艺相对简单能够替代ITO薄膜的透明导电薄膜就显得非常必要。金属纳米线具有成本低、易制备、可实现柔性化大规模生产等优点。本论文研究了水溶液法制备长径比可控的铜纳米线(Cu NWs)方法,考察了不同反应条件对产物形貌的影响,并将其应用到有机光伏器件中。主要研究内容如下:第一:本文利用水热法生长Cu NWs。考察了表面活性剂PVP、结构诱导剂EDA对CuNWs的影响。通过考察不同实验参数(温度、时间、试剂浓度等)对Cu NWs形貌的影响。最终得到长度约为10μm,直径约为200nm的Cu NWs。并对产物进行XRD、SEM和TEM的表征。结果表明温度、反应物浓度以及结构诱导剂EDA是影响产物形貌的关键因素。将在优化条件下制备得到的Cu NWs与PEDOT:PSS混合,作为阳极缓冲层,制备了器件结构为:ITO/PEDOT: PSS:Cu NWs/P3HT:PCBM/LiF/Al的光伏器件。结果表明性能与参比器件相比有所降低。主要原因可能是由于Cu NWs自身容易被氧化,加入到PEDOT:PSS后使表面粗糙度变大,不利于空穴的传输和收集。同时容易俘获载流子,使得器件性能下降。第二:为了解决Cu NWs易被氧化的问题,在水热法制备Cu NWs的基础上,初步探究了在铜表面包裹一层镍,即制备白铜纳米线(Ni-Cu NWs)来避免氧化问题。分别考察了利用两步生长法和一步生长法制备Ni-Cu NWs。通过产物的SEM照片,总结出制备长径比较大的Ni-Cu NWs方法。实验表明,用一步法可以将镍成功地包裹到铜的表面,并且在形成铜离子之后再加入硝酸镍时,可以得到尺寸大小较为理想的Ni-Cu NWs。在此基础上制备了器件结构分别为:ITO/PEDOT:PSS:Ni-Cu NWs/P3HT:PCBM/LiF/Al的光伏电池,研究掺杂不同浓度Ni-Cu NWs作为缓冲层时器件性能的变化情况。实验结果表明:当掺杂一定浓度的Ni-Cu NWs后器件性能有整体下降的趋势,说明掺杂Cu NWs后在缓冲层中并没有起到积极作用。
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