[01336867]含壳—核结构碳纳米管互穿网络的有机物本体异质结太阳能电池的研制

近些年来,由于一维（1D）金属氧化物纳米结构材料在电学、光学、生物医学、机械和敏化方面的潜在应用,因而相关研究引起了国内外科学家和企业的广泛关注。目前,制备一维金属氧化物纳米材料的方法比比皆是,主要有：气—固,液—固,气—液—固,熔融法和自组装法等。在这些金属氧化物中,二氧化钛、硫化镉等作为直接的带隙材料,受到了研究者们的广泛关注。因此,全球许多课题组都在致力于相应材料纳米结构的制备和性能研究,目的是探究其在光学、电学和敏化方面的潜在的应用价值,例如：发光二极管、光电开关、光敏化材料等。而且研究发现,将这些无机半导体纳米材料掺杂到电子聚合物中,明显改善了电子聚合物的光致发光或电致发光性能。 高压静电纺丝技术是一种简便易行的制备一维纳米结构材料的方法。它以聚合物及其混合物的溶液或熔融体为原料,利用静电电场力来制备聚合物、无机物、聚合物/无机物复合纳米纤维,并通过调整电场强度、接收电极的形状、接收方式（旋转、静止等）来获得长度和尺寸可调、高度取向、纳米粒子高度分散的一维结构的纳米纤维,这些材料在加固、过滤、化妆品、服装、敏感器、人工组织等方面都具有潜在的应用。在纺丝过程中,在发射电极和接收电极间加一定强度的电场,纺丝溶液即在电场力作用下克服表面张力形成射流,电荷间的斥力迫使射流被拉伸的同时还不断地劈裂成无数更小的细流,伴随着溶剂的挥发,最后形成纳米纤维,大量的纤维落到接收极板上形成纤维毡。 作为共轭高分子,聚对苯乙炔具有非常好的光致发光和电致发光特性以及良好的光电转换和非线性光学性能,这一系列优异的特性使人们对其产生了极大的研究兴趣。到目前为止,科学家们已经改善了它的某些特性,并实现了其在多种领域的应用。一般来说,几乎很少有人研究含共轭聚合物（Poly（phenylene vinylene）,简称“PPV”）和无机纳米粒子的复合纳米材料的发光性能。在本项目中,我们拟探索了将静电纺丝法与溶胶—凝胶、自组装等技术相结合,通过对PPV 先驱聚合物与无机半导体材料的混合溶液进行高压纺丝来制备聚合物/无机半导体复合纳米纤维,并通过高温煅烧的方法,实现了复合纳米纤维中无机半导体以及PPV 先驱聚合物向目标产物的转化;利用现代分析测试手段探究材料的微观结构、表界面形态对一维结构的直径分布和长径比的影响等相关信息,从而为进一步制备聚合物/无机半导体纳米复合光致发光和光电转换器件奠定了理论基础。 本项目以改性后的 p 型或n 型有机物为壳、碳纳米管为核,利用高压静电纺丝技术制备壳-核结构碳纳米管互穿网络,然后分别与相适应的半导体有机物构筑本体异质结太阳能电池。研究这些壳-核结构的制备方法、互穿网络结构、异质结界面层形态结构、构筑有机物本体异质结太阳能电池的能量转换效率和影响因素,以实现高效、实用化的有机物光伏器件。具体研究内容如下： （1）利用高压静电纺丝技术制备高度取向的PPV、PVP、PVA纳米纤维材料,该材料具有高结晶度、高强度、尺寸小和比表面积大等结构特征。 （2）利用原位复合或可溶性掺杂的方法将有机高分子材料（PPV、PVP或PVA）与无机小分子溶液或纳米材料混合,利用高压静电纺丝技术制备有机物/无机纳米粒子复合纳米纤维材料,充分发挥有机物和无机物各自的优点,改善材料的强度、韧性、电子输运和光电转换性能。 （3）应用高灵敏度可调谐多波长泵浦探测技术观测半导体纳米材料的超快动力学过程,分析其机理;总结影响光电转换特性的因素及规律;优化材料制备方案,提高半导体纳米材料的光电转换效率。