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《兰州交通大学》 2013年
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ITO/TiO_2/CPs电极的制备及其光电性能的测定

王郝  
【摘要】:导电聚合物以其特殊的能带结构及光吸收性能,现已在染料敏化太阳能电池中得到应用。研究其敏化纳米半导体的原理,不仅能够帮助人们从分子水平理解电子在电池内部的生成和传输过程,而且还为人们通过分子设计来寻求更为高效的,廉价易得的染料敏化剂提供理论指导,从而为解决能源危机和环境污染提供一些实质性的帮助。基于此,本论文以钛酸四丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法在不同焙烧温度下制备了不同粒径的TiO_2纳米粉;分别以聚噻吩(PTh)、聚苯胺(PANI)敏化后得到了ITO/TiO_2电极、ITO/TiO_2/PTh电极和ITO/TiO_2/PANI电极;以PTh和N719做为复合敏化剂制备了ITO/TiO_2/PTh/N719复合电极;并应用三种方法准备了三种背电极。 研究了各种电极的光电性能,并以数据为参考对电池进行了优化。结果表明,以400℃下焙烧所得的TiO_2纳米粉所制备的电极,在综合性能上高于其他温度的ITO/TiO_2电极。背电极中,Pt电极显示出良好的光电性能。ITO/TiO_2/PTh电极的光电转换效率很高η=5.151%;ITO/TiO_2/PTh/N719复合电极的光电转化效率最高达到了6.219%。说明复合敏化可以起到双重敏化的作用。但最显著的提高表现在PTh对TiO_2的敏化。TiO_2/PTh中存在的p-n异质结,有效抑制了光生电子的反向复合,减小了电子的损失,从而提高了电极的光电转换效率。 利用XRD分别对TiO_2纳米粉,ITO/TiO_2/PTh电极,ITO/TiO_2/PANI电极的相组成进行了分析。结果表明,所制备的样品TiO_2的晶化温度比较低。不同温度下的TiO_2纳米粉晶型不同。在ITO/TiO_2/PANI电极和ITO/TiO_2/PTh电极的XRD图中,都观察到了PANI和PTh的特征衍射峰,意味着PANI和PTh都具有一定的结晶度。 利用TEM、AFM、SEM对TiO_2纳米粉、ITO/TiO_2/PTh电极、ITO/TiO_2/PANI电极的形貌进行了分析。AFM结果表明,利用溶胶-凝胶法所得的纳米TiO_2形貌为类球形,颗粒之间有一定的团聚现象。纳米TiO_2的粒径约为15nm,基本与XRD所测结果一致。与单一的TiO_2薄膜对比,观察TiO_2/PANI复合膜的AFM图,我们得出包覆PANI使得薄膜表面形貌发生了很大的变化。在图中TiO_2/PANI复合薄膜的表面粗糙,纯TiO_2表面的空隙被PANI所填充。TiO_2小立方体颗粒已经被PANI均匀地包裹成比较大的,不规则的球形颗粒,颗粒直径平均约为35nm。PANI在TiO_2表面形成很多高约50nm的小山包,使原来比较平整的表面变得粗糙不平,这会极大地提高复合薄膜的表面积。光线必须要经过多重反射才能离开这样的表面,所以电池对光的吸收及利用率将得到提高,有利于光电反应的进行。 SEM结果表明,TiO_2薄膜的断面厚度约为2.5μm。薄膜表面平整,呈现多孔状,存在类似筒状空隙。我们认为筒状空隙的存在有利于TiO_2涂层对于光的吸收利用,有利于敏化剂和电解液与表面的TiO_2纳米颗粒,甚至是涂层内部最内层的TiO_2纳米颗粒的接触,从而有利于光电化学反应的发生,提高电池的光电活性,使得电池的光电转化效率得到提高。 TiO_2/PTh样品的TEM照片表明,固相法所得PTh为针状颗粒,与纯TiO_2的形态不同。与纯的PTh颗粒相比,固相法所得TiO_2/PTh颗粒形状发生了改变,为粗短的短棒状。 利用UV-Vis吸收光谱研究了两个导电聚合物电极,ITO/TiO_2/PTh电极和ITO/TiO_2/PANI电极的光学性能。在两者的紫外-可见吸收光谱图中,我们均观察到了由量子尺寸效应而引发的“蓝移”现象。与纯TiO_2和纯PANI相比,TiO_2/PANI复合膜在可见光区,尤其是在470-780nm之间的可见光区域,展现出非常强的吸光性;而TiO_2/PTh复合膜在可见光区,尤其是在200-600nm范围内表现有比TiO_2和纯PTh都强的吸收。此外两种导电聚合物电极均表现出一定的“红移”现象,这均有利于提高复合膜的光学性能。计算得TiO_2/PANI复合膜的带隙能为3.18eV,TiO_2/PTh的带隙能为2.03eV。 同时,利用循环伏安法确定了ITO/TiO_2/PTh电极的氧化还原电位。ITO/TiO_2/PTh电极的氧化峰峰位为1.88V,还原峰峰位为1.28V。基态能级约为1.58V (vs. SCE),即1.82V (vs. NHE)。
【学位授予单位】:兰州交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM914.4

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 武全萍;梁茂;薛松;;有机染料敏化太阳电池研究进展[J];电源技术;2010年05期
2 孟凡宁;王春雷;武明星;林逍;王同华;马廷丽;;染料敏化太阳能电池无FTO煤基炭对电极的研究[J];无机材料学报;2013年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 陈杰;理论研究—染料敏化太阳能电池体系光谱性质以及高效吸收染料分子的设计[D];吉林大学;2012年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 秦国旭;袁希梅;李祥飞;;染料敏化太阳电池的染料敏化剂的研究进展[J];巢湖学院学报;2009年03期
2 杨桂军;林红;王刚;张永昌;刘忆翥;陈慧媛;南辉;;染料敏化太阳能电池天然敏化剂的研究进展[J];材料导报;2012年05期
3 徐顺建;钟炜;;染料敏化太阳电池碳对电极研究进展[J];电源技术;2011年11期
4 ;Influence of Modification of Counter Electrode on PhotoelectricProperties of Dye-sensitized TiO_2 Solar Cells[J];Chemical Research in Chinese Universities;2004年02期
5 周煜华;许祖勋;胡泉源;王世敏;;染料敏化太阳能电池的染料敏化剂的最新研究进展[J];广州化工;2012年07期
6 Zahra Hejri;Ali Akbar Seifkordi;Ali Ahmadpour;Seyed Mojtaba Zebarjad;Abdolmajid Maskooki;;Biodegradable starch/poly(vinyl alcohol) film reinforced with titanium dioxide nanoparticles[J];International Journal of Minerals Metallurgy and Materials;2013年10期
7 汪滨;郑水林;桂经亚;张广心;;煅烧工艺对TiO_2-白炭黑光催化材料性能的影响[J];中国粉体技术;2013年05期
8 孟波;王晓晶;李雪;刘云义;;低温溶胶法制备钨、氮共掺杂二氧化钛光催化剂的研究[J];钢铁钒钛;2013年05期
9 孙宝,郝彦忠,李伟,王禄;纳米太阳能电池研究进展[J];河北科技大学学报;2002年02期
10 康志敏,郝彦忠,王庆飞,童汝亭,戴松元;固态TiO_2纳米太阳电池研究进展[J];化学研究与应用;2003年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 姜春华;矫士博;;大面积染料敏化纳米TiO_2太阳能电池[A];第十届中国太阳能光伏会议论文集:迎接光伏发电新时代[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 张晓;染料敏化太阳能电池中电解质的研究和染料的量子设计[D];复旦大学;2007年
2 王松;原位生长掺杂TiO_2薄膜电极及其光电转换性能研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
3 裴娟;三苯胺类光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究[D];南开大学;2009年
4 武艳;微波辐射与低温等离子体对生物气溶胶活性的影响及其机理[D];北京大学;2013年
5 张海;二噻吩并吡咯类新型染料的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究[D];华南理工大学;2013年
6 彭新艳;纳米微晶纤维素诱导TiO_2纳米晶体及其复合物的可控制备和性能研究[D];华南理工大学;2013年
7 周正基;一维单晶TiO_2纳米阵列的可控制备及其在太阳能电池中的应用研究[D];河南大学;2013年
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1 周美珍;侧链近红外有机光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究[D];大连理工大学;2011年
2 于晖晖;新型含吲哚啉纯有机太阳能电池敏化染料的合成与性能研究[D];华东理工大学;2012年
3 刘博;多三苯胺卟啉敏化剂的合成及其太阳能电池研究[D];华东理工大学;2012年
4 施永明;二氧化钛固溶体的制备及性能研究[D];浙江大学;2002年
5 范乐庆;染料敏化TiO_2纳米晶太阳能电池的研究[D];华侨大学;2003年
6 杨华;CdS-TiO_2复合半导体薄膜的制备及其光电性能研究[D];武汉理工大学;2003年
7 汪成;含电子给——受体结构苝聚酰亚胺的合成与光电导性研究[D];黑龙江大学;2003年
8 罗争;含联吡啶钌染料敏化剂的合成与表征[D];东南大学;2004年
9 王远;太阳能电池及其应用技术研究[D];华中科技大学;2006年
10 陈鹏;染料敏化纳米二氧化钛光电太阳能电池的研制[D];长春理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 孔凡太;戴松元;;染料敏化太阳电池研究进展[J];化学进展;2006年11期
2 宋晓睿;王雪松;张宝文;;以芳胺为电子给体的D-π-A有机光敏染料——染料敏化太阳电池中的应用[J];化学进展;2008年10期
3 梁茂,陶占良,陈军;染料敏化太阳能电池中的敏化剂[J];化学通报;2005年12期
4 徐立珍;李彦;秦锋;;薄膜太阳电池的研究进展及应用前景[J];可再生能源;2006年03期
5 王孔嘉;戴松元;;染料敏化太阳电池及其进展[J];物理;2007年11期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 黄振;碳材料在纳晶染料敏化太阳能电池对电极研究中的应用[D];吉林大学;2007年
2 姜奇伟;染料敏化太阳能电池石墨对电极和电解质研究[D];华侨大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张爱勤,王力臻,张志峰;掺杂导电聚合物对LiMn_2O_4、LiCoO_2电化学性能的影响[J];化工新型材料;2005年04期
2 ;导电聚合物电池[J];蓄电池;1981年04期
3 闻荻江,万影,陈刚;具有共轭结构的导电聚合物及其应用[J];物理;2000年01期
4 戈明亮;导电高分子材料的研究概况[J];现代塑料加工应用;2002年04期
5 殷明 ,韩笑;走进电气化包装时代[J];包装世界;2003年04期
6 ;导电聚合物延长了电路的寿命[J];电子产品世界;1996年11期
7 韩锦平 ,王玉珠;电气化塑料包装的未来[J];塑料包装;2003年03期
8 翟华嶂,李建保,欧阳可青,曹俊,张淑霞;t-ZrO_2-TiO_2固溶体纳米粉的制备[J];清华大学学报(自然科学版);2003年06期
9 邓姝皓;刘丹;王之顺;熊依林;李洪飞;;塑料太阳能电池的研究现状与进展[J];材料开发与应用;2008年04期
10 骆德汉;邹宇华;陈益民;;基于分子自组装导电聚合物的仿生嗅觉传感薄膜制备[J];仪表技术与传感器;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 包蕾;姜继森;;磁性微粒—导电高分子复合材料研究进展[A];上海市颗粒学会2005年年会论文集[C];2005年
2 陈政;;碳纳米管-导电聚合物复合材料与电化学储能[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
3 李昕;李小宁;付中玉;赵莉;;基于导电聚合物的智能电致变色织物的研究及应用[A];第八届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2008年
4 杨洋;褚莹;张艳萍;;模板法制备导电聚合物中空微球[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 费进波;李峻柏;;限制性水热反应制备导电聚苯胺塔形分级纳米结构[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 王为;许晗;;苯胺电聚合过程的研究[A];2010中国·重庆第七届表面工程技术学术论坛暨展览会论文集[C];2010年
7 崔丽莉;晁单明;李永新;茆卉;何立兵;张万金;;氧化偶联聚合的方法制备新型电活性聚酰胺[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2007年
8 贾京津;刘丽虹;高洁;韩明娟;赵孔双;;应用介电弛豫谱方法研究聚吡咯/聚苯乙烯复合膜的分离透过性[A];中国化学会第十一届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2007年
9 贺明;邱枫;卢红斌;杨玉良;;聚合物/纳米粒子热电复合材料[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2007年
10 石刚;吕男;;纳米压印技术在导电聚合物中的应用[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 吴琼;新型导电聚合物材料潜力巨大[N];中国电子报;2000年
2 记者 刘霞;导电聚合物薄膜可以如此简易制造[N];科技日报;2010年
3 韩平安;导电聚合物新进展与包装应用前景[N];中国包装报;2002年
4 姜剑;太和科技 纳米领军[N];证券日报;2006年
5 中国科学院化学所研究员 万梅香;诺贝尔化学奖走近应用了[N];北京日报;2000年
6 李力;聚多巴胺基复合薄膜研究获得新进展[N];中国包装报;2010年
7 赵世亮;复合薄膜的曲率与材料的热收缩率差异[N];中国包装报;2011年
8 ;如何获得挺性好的复合薄膜[N];中国包装报;2002年
9 赵世亮;关于检测复合薄膜柔软度指标的探讨[N];中国包装报;2009年
10 记者 张建琛;闽建聚合物电解电容器基地[N];科技日报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周卫强;导电聚合物/贵金属复合材料的制备及其应用于有机小分子的电催化氧化[D];苏州大学;2011年
2 李生英;导电聚合物/半导体纳米复合材料的制备及其光催化性能研究[D];西北师范大学;2006年
3 聂广明;三氟化硼乙醚中部分稠环结构导电聚合物的电合成及表征[D];青岛科技大学;2010年
4 卢向军;石墨烯基导电聚合物复合材料的制备、表征及其超电容特性研究[D];南京航空航天大学;2011年
5 边秀杰;导电聚合物/无机物纳米复合材料的制备及催化性质研究[D];吉林大学;2013年
6 苑同锁;导电聚合物的合成及其红外反射性能在节能材料中的应用[D];四川大学;2002年
7 徐平;导电聚合物及其纳米复合材料的制备和性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 苏宁宁;高压下Fe_3O_4纳米粉、FeSe和α-FeOOH粉末的结构和电输运性质研究[D];吉林大学;2012年
9 喻献国;导电含硫聚合物的结构与性能及储锂机理研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2005年
10 周琴;聚苯胺类导电聚合物的电化学现场ESR研究[D];武汉大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王郝;ITO/TiO_2/CPs电极的制备及其光电性能的测定[D];兰州交通大学;2013年
2 卢绪智;导电聚合物材料多场耦合行为的数值分析[D];北京工业大学;2005年
3 任莉君;导电聚合物复合膜修饰电极及其电化学性能研究[D];西北师范大学;2007年
4 高玉英;导电聚合物微容器的制备与应用研究[D];清华大学;2006年
5 刘俊娟;侧基取代的有机共轭聚合物中极化子动力学性质的研究[D];河北师范大学;2008年
6 李韦;有机聚合物中极化子动力学模拟[D];重庆大学;2008年
7 陈丽娴;导电聚合物电致变色器件[D];厦门大学;2009年
8 陈志强;纳米氧化锌制备及胺酯类聚合物合成、掺杂性质研究[D];中南大学;2005年
9 范长利;部分导电聚芴衍生物发光材料的电合成实验研究[D];成都理工大学;2009年
10 马玉亮;功能性质子酸掺杂聚苯胺及聚苯胺/尼龙66复合材料研究[D];青岛科技大学;2007年
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