聚苯胺/CuFeS2纳米光电薄膜器件制备与研究

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导电高聚物-氧化物半导体纳米微粒复合材料体系兼具氧化物半导体和导电高聚物的优良光电特性,同时具备纳米材料特有的功能性,开拓了材料科学的新领域,在力、光、电、磁、热、催化等领域已初步显示出极为广阔的应用前景。为此本文利用聚苯胺/CuFeS2复合材料的优良的光电性能,研究复合材料在太阳能方面的应用,结果如下:  采用化学氧化聚合法合成出了HCl掺杂的聚苯胺导电高分子材料。从温度角度考虑,研究发现20℃条件下得到的聚苯胺导电率和光吸收效率最好,这主要是因为适宜的温度增大了分子量及分子链长,延长了聚苯胺的共轭体系内电子的分子内通道,有利于电子的传输及光的吸收。从时间角度考虑,结果发现反应时间5h合成的聚苯胺链长最合适,得到的聚苯胺导电率和光吸收效率最好。从HCl掺杂量研究发现,HCl与苯胺的比为1:1时得到的聚苯胺导电率和光吸收效率最好。从氧化剂用量考虑,研究发现加入的过硫酸铵:苯胺=1.0时获得的聚苯胺综合性能最好,这主要是因为氧化剂用量过少时,不利于聚苯胺的掺杂,而过量的氧化剂会进一步氧化主链,破坏主链的共轭结构,阻碍聚苯胺的掺杂。  采用全新溶剂热反应法,以硫脲作为硫源,乙二胺和少量水作为溶剂,分别加入1:1的FeSO4和CuCl2,控制反应温度、反应时间、表面活性剂 PVP用量,在高压反应釜中制得了纯的圆片状CuFeS2。结果发现:温度190℃,反应时间32h时制备出纯的片状CuFeS2纳米晶,晶粒发育饱满,光电性能最好。PVP的加入可以有效改善晶粒排布情况,控制晶体形貌,提高 CuFeS2的光电性能且当 PVP:CuFeS2=1:3时,获得了多面体结构的CuFeS2纳米晶粒。  采用原位聚合法成功制备出聚苯胺/CuFeS2复合材料,CuFeS2颗粒均匀的分散在聚苯胺基体内,当添加量达到40%时,聚苯胺已基本无法完全包覆CuFeS2颗粒。聚苯胺/CuFeS2复合材料并未破坏聚苯胺和CuFeS2原有结构,且随着CuFeS2的加入,聚苯胺耐热性能和吸光性能均得到有效的提高,但当添加量超过30%后又有所下降,主要是因为过量的CuFeS2会抑制聚苯胺大分子链的生长。聚苯胺/CuFeS2复合材料中并未存在键和作用,而只是简单的包覆,所以对于各自的性能均未造成影响。
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