研究目的
采用微波辅助水热法合成石墨烯量子点(GQDs)并研究其在提高有机太阳能电池效率方面的应用。
研究成果
微波辅助水热法合成GQDs是一种简单、经济且省时的方法，所制得的GQDs具有良好的水溶性和强蓝色发光性能。当用作有机太阳能电池的空穴传输层时，GQDs通过降低活性层与电极之间的电位差显著提高了电池效率。
研究不足
自上而下的方法制备的纳米粒子尺寸分布不均匀，且该方法依赖于氧化石墨烯等原材料的供应。虽然效率提升显著，但仍低于理论极限。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用微波辅助水热法从氧化石墨烯合成GQDs，与传统水热法相比具有时效优势。
2：样品选择与数据来源：
氧化石墨烯由石墨片制备而成，并以此为原料合成GQDs。通过TEM、XRD、XPS、FTIR和光致发光光谱对材料进行表征。
3：实验设备与材料清单：
使用石墨片(GF)、P3HT、PCBM、PEDOT、HNO3、NaNO3、H2SO4、KMnO4、H2O2、氨水(25 wt.%)和二氯苯(DCB)。设备包括微波炉、TEM-JEOL JEM 1400、XRD-D8 ADVANCE、XPS-K-Alpha/Thermo scientific、FTIR-Equinox 550、Jasco V530、HORIBA荧光分光光度计和Keithley 2400。
4：NaNOH2SOKMnOH2O氨水(25 wt.%)和二氯苯(DCB)。设备包括微波炉、TEM-JEOL JEM XRD-D8 ADVANCE、XPS-K-Alpha/Thermo scientific、FTIR-Equinox Jasco VHORIBA荧光分光光度计和Keithley 2400。 实验步骤与操作流程：
4. 实验步骤与操作流程：合成过程包括从石墨片制备氧化石墨烯，继而通过微波辅助水热法合成GQDs，随后对GQDs进行表征并应用于有机太阳能电池以研究其对效率的影响。
5：数据分析方法：
基于短路电流密度(J SC)、开路电压(V OC)、填充因子(FF)和功率转换效率(PCE)分析太阳能电池性能。
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X-ray Diffraction Spectrometer
XRD-D8 ADVANCE
Bruker
Used for characterizing the crystal structure of materials.
-
X-ray Photoemission Spectrometer
XPS-K-Alpha/Thermo scientific
Thermo Scientific
Used for investigating the electronic states and carbon bonding of graphene quantum dots.
-
Fourier Transform Infrared Spectrometer
FTIR-Equinox 550
Bruker
Used for investigating the functional groups in graphene quantum dots and graphene oxide.
-
Absorption Spectrophotometer
Jasco V530
Jasco
Used for measuring the absorption spectra of graphene quantum dots in water.
-
Fluorescence Spectrophotometer
HORIBA
HORIBA
Used for measuring the photoluminescence spectra of graphene quantum dots.
-
Source Measure Unit
Keithley 2400
Keithley
Used for measuring the J-V characteristic curves of organic solar cells.
-
Graphite flake
GF
Sigma-Aldrich
Used as a raw material for the synthesis of graphene oxide.
-
Transmission Electron Microscope
TEM-JEOL JEM 1400
JEOL
Used for characterizing the morphology of graphene quantum dots.
-
P3HT
Sigma-Aldrich
Used in the fabrication of organic solar cells.
-
PCBM
Sigma-Aldrich
Used in the fabrication of organic solar cells.
-
PEDOT
Clevios
Used in the fabrication of organic solar cells.
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HNO3
Xilong
Used in the synthesis of graphene oxide.
-
NaNO3
Xilong
Used in the synthesis of graphene oxide.
-
H2SO4
Xilong
Used in the synthesis of graphene oxide.
-
KMnO4
Xilong
Used in the synthesis of graphene oxide.
-
H2O2
Xilong
Used in the synthesis of graphene oxide.
-
Ammonia solution
25 wt. %
Xilong
Used in the synthesis of graphene quantum dots.
-
Dichlorobenzene
DCB
Xilong
Used as a solvent in the fabrication of organic solar cells.
-
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