收藏本站
《上海交通大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

光子晶体与纳米Au耦合效应及其对染料电池改性的研究

邓文歆  
【摘要】: 作为第三代太阳能技术的主角之一的薄膜太阳能电池不同于传统晶硅电池,具有成本低,质量轻,原料充足,在弱光下也能工作等优点。除CIGS(CuInGaSe)、CdTe和非晶/微晶硅等几种已开始规模生产的薄膜电池外,由瑞士M. Gr?tzel教授的研究小组研发出的染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells,DSSC)以其丰富廉价的原料,简易的制作引起众多关注。它以多孔二氧化钛电极代替平板电极,并引入金属钌(Ru)的联吡啶配合物染料作为受光子激发产生自由电子的给体,使电池转换效率达到11%。二氧化钛作为染料太阳能电池(DSSC)的阴极材料,不仅是吸收太阳光的关键部件,而且还承担着作为染料分子载体和接收并传导电子到电池阴极端的功能。因此二氧化钛电极的物理性质和结构既关系着电池的光电转化率又影响光吸收率。 另一方面,由S.John和E.Yablonoviteh提出的光子晶体将介电材料在空间中作周期排列,以改变光在其间传播的光的性质。近来,将具有规整光子晶体结构的TiO_2应用于太阳能电池开始引起关注,有报道称,高度有序纳米阵列电极材料有利于增强光的吸收。 本课题的目的在于设计一种光子晶体结构薄膜用于突破染料太阳能电池(DSSC)有限吸光度的瓶颈,用具有有序大孔结构的TiO_2薄膜作为电极,并且在其表面用Au NPs修饰。理论分析推断,由于纳米Au粒子由于具有表面等离子效应(Surface Plasmon Resonance),光子晶体TiO_2中周期的电磁场分布与Au NPs相互耦合谐振,可以增强Au NPs对其附近的光能的吸收,这样能促进受激光子参与光电转化并从电介质中电子给体上的电子经过染料分子和Au NPs而进入半导体,因此增强光吸收和光电转化效率。我们首先用模板法制备这种结构的电极薄膜,而后检测其光学和电学特性。 在蛋白石结构正模板的制备过程中,本文运用无皂乳液聚合法合成具有单一粒径的聚苯乙烯(PS)胶体微球;然后,用垂直沉积法成功地制备了微球粒径在200~230nm,厚度在2~4μm的光子晶体正模板。 在利用正模板拓扑光子晶体结构TiO_2薄膜的实践中,本课题利用垂直沉积法将PS乳胶微球自组装于FTO玻璃上形成胶态晶体薄膜作为光子晶体结构正模板,在微球的间隙渗入钛酸正丁酯的乙醇溶液,通过溶胶-凝胶形成二氧化钛-聚苯乙烯复合材料,最后利用450℃高温烧结,成功制备了大面积FCC排列、孔径在150nm~220nm、分布均匀的TiO_2大孔径的反蛋白石结构光子晶体。为优化表面结构,我们自创了一种“三明治”填充法,并且根据不同制备条件得到产物的SEM照片,XRD衍射花样和TGA曲线分析了胶体填充、陈化、烧结中不同因素的影响,综合比较结果优化了制备工艺。 为实现纳米Au粒子对电极的修饰,则采用柠檬酸钠还原四氯金酸(HAuCl4)制备粒径在10nm~100nm的纳米Au粒子,并通过溶液挥发法将10nm~20nm的纳米Au自组装于反蛋白石结构的TiO_2薄膜之上。利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)分别观察了纳米Au粒子的形态以及它们在TiO_2薄膜上的分布状况,证明粒径在10nm、20nm左右的Au NPs的单一性与稳定性较好。最后用全光谱分光光度计测量了掺Au前后薄膜的吸收光谱,证明掺Au后的TiO_2薄膜拓展了在可见光范围的吸收,说明纳米Au粒子掺杂在电池光吸收的应用中具有应用潜力。 应用前面制备的Au NPs修饰的具有反蛋白石结构的光子晶体TiO_2薄膜,敏化后作为电极组装成染料敏化电池(DSSC),测量了电池的I-V响应曲线,并计算其电学参数。实验证明光子晶体结构的TiO_2比另一个作为参照的普通结构TiO_2电极的Isc(短路电流)提高了150%,并且掺Au后具有更佳的FF(填充因子),其效率也提高了2倍,证明该新型电极具有增强光吸收和改善电池效率的潜力。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM914.42

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李继伟;Au/TiO_2复合薄膜的制备及太阳能电池光电性能的研究[D];哈尔滨理工大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张莉,王艳芹,杨迈之,高恩勤,蔡生民;Ru(bpy)_2(NCS)_2染料敏化CdS/Zn~(2+)TiO_2复合半导体纳米多孔膜的光电化学[J];高等学校化学学报;2000年07期
2 汤炳书,沈廷根;用TMM数值模拟波源对二维光子晶体带隙的影响[J];广西物理;2005年01期
3 刘春平,秦艳涛,吴敏,王育乔,孙岳明;染料敏化太阳能电池中的纳米TiO_2多孔膜研究进展[J];化工时刊;2005年08期
4 李彦,施祖进,周锡煌,顾镇南;纳米团簇的超分子自组装[J];化学进展;1999年02期
5 杨蓉,王维波,肖绪瑞,侯原军,张宝文,曹怡;联吡啶钌络合物敏化钠晶多孔TiO_2薄膜电极光电性能研究[J];科学通报;1997年24期
6 张东社,刘尧,王维波,肖绪瑞;纳晶多孔TiO_2薄膜电极的化学处理[J];科学通报;2000年09期
7 汤炳书;二维光子晶体中的无序数值模拟研究[J];量子光学学报;2001年03期
8 陈炜,孙晓丹,李恒德,翁端;染料敏化太阳能电池的研究进展[J];世界科技研究与发展;2004年05期
9 王冬至;刘福田;单立福;张宁;刘鑫;;多孔纳米二氧化钛薄膜的制备及其光催化活性[J];陶瓷学报;2006年04期
10 步绍静,靳正国,刘晓新,杨立荣,程志捷;纳米TiO_2介孔薄膜的模板组装制备研究[J];无机化学学报;2004年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 温敏;溶胶-凝胶法在45#钢表面制备TiO_2晶膜及其性能研究[D];华中科技大学;2004年
2 刘春平;染料敏化纳米晶TiO_2多孔膜电极的制备及其性能研究[D];东南大学;2006年
3 张维;纳米TiO_2薄膜的制备及其光电性能研究[D];复旦大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡圣飞;陈文;麦立强;赵春霞;徐任信;郦华兴;;成型工艺对PVC/稻糠发泡复合材料结构与性能的影响[J];工程塑料应用;2006年03期
2 杨光,张莉,李卫华;ITO/M~(3d)-TiO_2/CdS纳米结构多孔膜电极的光电化学[J];安徽大学学报(自然科学版);2002年04期
3 谷翠萍;于锟;黄家锐;;TiO_2纳米管制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2009年01期
4 李国莲;;高活性吸附剂的制备及性能研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2007年04期
5 杨光,张莉;Zn~(2+)-TiO_2悬浮体系光催化降解罗丹B(RB)的研究[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2003年02期
6 张莉;半导体纳米粒子的合成,性质及其光电化学应用[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2004年01期
7 汤炳书;沈廷根;;二维光子晶体透射特性的FDTD数值研究[J];半导体光电;2006年01期
8 韩喻,谢凯;电化学制备亚微米氧化铝有序多孔膜方法研究[J];微纳电子技术;2003年Z1期
9 邢光建,姚望,陈光华,李瀛,阎红;表面活性剂控制金属醇盐水解制备纳米TiO_2粉体[J];北京工业大学学报;2004年03期
10 陈毅华;穆伊舟;温慧娜;;PAA-硅胶净水剂对重金属的吸附性能研究[J];北京工业大学学报;2006年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄亮;;染料敏化纳米晶TiO_2太阳能电池发展概况[A];制造业数字化技术——2006中国电子制造技术论坛论文集[C];2006年
2 骆毅;杨春明;施云海;;表面活性剂复配体系对导电聚苯胺的形貌调控[A];上海市化学化工学会2011年度学术年会论文集[C];2011年
3 陈云霞;赵修建;何鑫;;溶胶-水热法制备M_xO_y-TiO_2(M=In,Al,Zn)复合纳米膜光阳极材料及其表征[A];中国硅酸盐学会特种玻璃分会第三届全国特种玻璃会议论文集[C];2007年
4 彭天右;赵德;卢兰兰;柯丁宁;戴珂;马亮;;离子修饰对介孔纳米TiO_2膜电极及其DSSC性能的影响[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年
5 邹光龙;付维军;;微胶囊型相变材料制备与应用的研究进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
6 陈庆春;刘晓东;邓慧宇;;微米级海胆状钙霞石三维结构的水热可控合成[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
7 李丽;陈人杰;吴锋;张贵友;陈实;;不同钛源制备TiO_2薄膜电极及光谱特性[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
8 谌馥佳;智亚楠;韩二通;乔成奎;孙淑君;李文明;;农药悬浮剂研究应用进展[A];河南省植保学会第九次、河南省昆虫学会第八次、河南省植病学会第三次会员代表大会暨学术讨论会论文集[C];2009年
9 张浩;孙力平;;双波长紫外分光光度法测定渗滤液COD的研究[A];第五届全国水处理化学品行业年会论文集[C];2009年
10 蒋红梅;郭人民;赵小玲;;沉淀转化法制备纳米氧化镁及改性工艺研究[A];2006年中国镁盐行业年会暨新技术、新产品、新设备推介会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王江林;基于双模板协同共组装新策略的纳米仿生骨材料的可控制备研究[D];华中科技大学;2010年
2 于晓慧;金属掺杂TiO_2和ZnO的第一性原理研究[D];江苏大学;2010年
3 杜景红;凝胶注模成型法制备1-3型PMN-PZT/环氧树脂压电复合材料研究[D];昆明理工大学;2009年
4 邱滔;全氟烷基金属酞菁衍生物的合成及应用[D];华东理工大学;2011年
5 钟勋;氧化铝纳米流体在发动机油冷器中的强化传热研究[D];浙江大学;2010年
6 李永海;基于溶胶—凝胶法的功能因子缓释技术研究及其在纺织品芳香保健功能整理中的应用[D];东华大学;2010年
7 王韵芳;钛硅复合氧化物的制备及在微污染水处理中的应用研究[D];太原理工大学;2011年
8 郑艳;铋复合氧化物的合成及其可见光光催化性能研究[D];江南大学;2011年
9 戈成岳;聚苯胺应用复合方法及其防腐蚀性能研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2011年
10 李建宝;声子晶体带隙调控的数值与实验研究[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 易敏;钨酸盐基荧光粉的制备及性能研究[D];广西师范学院;2010年
2 樊丽霞;卤族元素掺杂纳米TiO_2的光催化性能研究[D];中国海洋大学;2010年
3 唐宇华;D-π-A结构的超支化聚合物和线型双给体有机染料的合成及光伏性能研究[D];湘潭大学;2010年
4 雍高兵;不同形貌硫化锑纳米材料的合成及其光催化性能研究[D];湘潭大学;2010年
5 周亭;多孔二氧化钛薄膜的制备及性能研究[D];天津理工大学;2010年
6 张璐;三苯胺类染料分子的设计合成及其光伏性能研究[D];天津理工大学;2010年
7 余小玲;复合光催化剂的制备、表征及其光催化性能研究[D];淮北师范大学;2010年
8 郝岩丽;PS/SiO_2核壳复合微球的制备[D];长春工业大学;2010年
9 刘青;适合于高原环境的高强耐水复合石膏的试验研究[D];南昌大学;2010年
10 王冲;钯钛氧化物介孔材料的制备以及催化应用[D];华东理工大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 袁新松;杨保俊;于炯;柴多里;;硫化铋单晶纳米棒的回流法合成与表征[J];安徽化工;2008年03期
2 王传义,刘春艳,沈涛;半导体光催化剂的表面修饰[J];高等学校化学学报;1998年12期
3 郝三存,吴季怀,林建明,黄昀昉;铂修饰光阴极及其在纳晶太阳能电池中的应用[J];感光科学与光化学;2004年03期
4 胡建东,王晓萍,文泓桥;表面等离子共振金/钯复合膜氢敏传感器[J];光学技术;2004年06期
5 李彦,施祖进,周锡煌,顾镇南;纳米团簇的超分子自组装[J];化学进展;1999年02期
6 张东社,刘尧,王维波,肖绪瑞;纳晶多孔TiO_2薄膜电极的化学处理[J];科学通报;2000年09期
7 刘欢;翟锦;江雷;;纳米材料的自组装研究进展[J];无机化学学报;2006年04期
8 孟庆波,林原,戴松元;染料敏化纳米晶薄膜太阳电池[J];物理;2004年03期
9 孙秀兰,赵晓联,汤坚;纳米金溶胶形成过程的可见光吸收光谱研究[J];无锡轻工大学学报;2004年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 王东波;染料敏化太阳能电池中的TiO_2薄膜、光敏染料和凝胶电解质研究[D];华侨大学;2006年
2 兰章;准固态染料敏化太阳能电池的研究[D];华侨大学;2006年
3 林琳;染料敏化太阳能电池中TiO_2薄膜电极的制备及应用[D];华侨大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 罗欣莲,万发荣,龙毅,周海鹰,叶亚平;纳米TiO_2薄膜的制备方法对NPC太阳电池性能的影响[J];北京科技大学学报;2003年03期
2 鲍骏,卞国柱,伏义路;用溶胶-凝胶法制备CoMoO_4 超细粒子催化剂[J];催化学报;1999年06期
3 俞冰 ,梁开明 ,顾守仁 ,马晓明;铜合金表面溶胶凝胶涂层抗腐蚀性能的研究[J];材料保护;2001年12期
4 李澄,周一扬,黄明珠;SiO_2TiO_2ZrO_2涂层的制备及其特性[J];材料保护;2002年05期
5 周幸福,褚道葆,林昌健;不锈钢表面纳米TiO_2膜的制备及其耐蚀性能[J];材料保护;2002年07期
6 林志东;刘黎明;郭云;达道安;;染料敏化TiO_2纳米晶多孔膜太阳能电池[J];材料导报;2001年10期
7 边洁,王威强,管从胜;金属腐蚀防护有机涂料的研究进展[J];材料科学与工程学报;2003年05期
8 胡芸菲;徐刚;梁宗存;;二氧化钛纳米染料敏化电池研究动态[J];材料科学与工程学报;2006年03期
9 李晓娥,陈秀娟,张淼,祖庸;醇盐水解制备纳米级二氧化钛[J];稀有金属材料与工程;1995年05期
10 甘国友,郭玉忠;TiO_2基薄膜溶胶-凝胶法制备[J];稀有金属材料与工程;1998年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 宋文哲;酞菁敏化纳米晶光电极的制备及性能研究[D];东南大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 秦柏,金崇君,秦汝虎,田春亮;方形光子晶体的实验研究[J];哈尔滨工业大学学报;2000年01期
2 李明宇,顾培夫;光子晶体偏振分光镜的优化设计[J];物理学报;2005年05期
3 翦知渐,彭景翠,张高明,周仁龙,林峰,徐玉峰;一维类梳状波导光子晶体的频率带隙宽度[J];湖南大学学报(自然科学版);2004年02期
4 ;国际要闻[J];塑料包装;2008年01期
5 唐睿,钟力生,周庆;光子晶体光纤的研究进展[J];绝缘材料;2004年02期
6 向安,陈鸿奎,高建平,于九皋;光子晶体的制备及应用[J];化学通报;2002年10期
7 许桂雯,欧阳征标;三种缺陷态光子晶体的比较研究[J];深圳大学学报(理工版);2004年04期
8 包秀龙,李征帆,孙晓玮;采用等效介电常数时域差分法分析二维介质型光子晶体色散特性[J];上海交通大学学报;2004年S1期
9 刘成有;宁丹;王瑞庭;倪政国;;Ta_2O_5/SiO_2三维光子晶体的制作及光学性能[J];光学精密工程;2007年10期
10 李卓;梁斌明;郭汉明;陈家璧;庄松林;;具有负折射的二维光子晶体设计[J];光学仪器;2007年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李丹;邵东贝;方文军;郭永胜;许莉;;亲油性纳米金的制备与催化性能研究[A];中国化学会第五届全国化学推进剂学术会议论文集[C];2011年
2 张现峰;杜学忠;;亚胺二乙酸功能化纳米金检测肌红蛋白[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年
3 谢微;沈爱国;胡继明;;金纳米花生的制备及其SERS效应研究[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年
4 鲁闻生;李津如;苏延磊;江龙;;空心纳米金微球的制备[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年
5 马洪敏;郝京诚;;蜂窝状纳米金复合物多孔薄膜[A];中国化学会第27届学术年会第13分会场摘要集[C];2010年
6 朱亚琦;马洁;;以纳米金提高固定蛋白A的稳定性研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(下集)[C];2005年
7 李雪礼;周瀚成;郭术;邓友全;;室温离子液体中纳米金的可控合成[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
8 强金凤;王瑞娟;张金贵;沈明;;反相微乳液中CTAB包裹的纳米金的原位还原法合成[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年
9 杨维英;周霞;贺剑锋;李向军;袁倬斌;;基于磁性纳米材料和纳米金组装的电化学传感器对砷的研究[A];中国化学会第十五届全国有机分析及生物分析学术研讨会论文集[C];2009年
10 张毅;漆红兰;张成孝;;纳米金组装界面上N-(4-氨基丁基)-N-乙基-异鲁米诺-过氧化氢体系电致化学发光行为研究[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 刘俊;“纳米食品”安全存疑[N];广州日报;2010年
2 本报记者 童岱;刘扬:发现“神水”之毒[N];北京科技报;2009年
3 记者 任荃;纳米金球让基因拷贝不走样[N];文汇报;2006年
4 何屹;纳米金晶簇的催化活性与大小有关[N];科技日报;2008年
5 贾正根;光子晶体学俏然崛起[N];中国电子报;2001年
6 王一民;《汉语拼音方案》中的ao为什么不写成au?[N];语言文字周报;2010年
7 吴铭;科学家获得光子晶体纳米结构[N];中国石油报;2003年
8 陈丹;科学家获得光子晶体纳米结构[N];科技日报;2003年
9 张孟军;攀登光子晶体高峰的人[N];科技日报;2004年
10 杨健;中科院取得光子晶体理论创新[N];人民日报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 任琳;金属纳米壳层光子晶体的制备及其对热辐射的调控[D];吉林大学;2010年
2 吴语茂;计算光子晶体和衍射光栅折射和反射谱的几种新方法[D];中国科学技术大学;2010年
3 罗丹;光子晶体中的超透镜和超弯曲效应研究[D];天津大学;2010年
4 万勇;光子晶体的禁带机理及不同结构晶体薄膜的制备和光学性质研究[D];青岛大学;2010年
5 李胜;光子晶体和电磁超颖材料在太赫兹频段的应用研究[D];电子科技大学;2010年
6 林密;含特异材料光子晶体的传输特性[D];电子科技大学;2010年
7 陈海滨;光子晶体波导型器件及其在太赫兹技术中的应用[D];浙江大学;2009年
8 亓丽梅;特殊光子晶体特性分析与应用研究[D];电子科技大学;2009年
9 侯金;硅基光子晶体带隙特性与波导研究[D];华中科技大学;2011年
10 费宏明;光子晶体量子阱的输运特性[D];山西大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邓文歆;光子晶体与纳米Au耦合效应及其对染料电池改性的研究[D];上海交通大学;2010年
2 鲁理平;纳米金修饰电极在生物电化学中的应用[D];安徽大学;2001年
3 鲁卫平;以纳米金为报告系统的病原体快速检测基因芯片的研制[D];第三军医大学;2003年
4 邱思远;纳米金阻止VEGF165与VEGFR2结合的原子力显微镜研究[D];暨南大学;2010年
5 范保林;ATRP法在纳米SiO_2表面接枝聚合物及其应用研究[D];合肥工业大学;2010年
6 丁收年;纳米金修饰巯基化合物自组装膜的界面电化学及其应用[D];安徽大学;2003年
7 李辉;纳米金对聚合酶链式反应的影响及其机制研究[D];厦门大学;2008年
8 闵丽根;基于无机纳米材料构建的癌胚抗原免疫传感器的研究[D];西南大学;2010年
9 江慧;光放大用二维光子晶体及其波导的理论研究[D];大连理工大学;2010年
10 刘洋;光子晶体慢光与物质的相互作用[D];上海交通大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026