基于二氧化鈦與聚苯胺太陽(yáng)能電池的研究

【摘要】： 能源問(wèn)題是21世紀(jì)世界各國(guó)都非常重視的問(wèn)題之一,而太陽(yáng)能是取之不盡、用之不竭的、無(wú)污染、廉價(jià)、人類能夠自由加以利用的能源,因此對(duì)太陽(yáng)能電池的研究就成為了眾多年來(lái)一個(gè)倍受關(guān)注的焦點(diǎn)。如何減少太陽(yáng)能電池的制作成本,提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率也成了各個(gè)科研機(jī)構(gòu)或者相應(yīng)的商業(yè)組織不斷追求的目標(biāo)?；诟鞣N新材料、新結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池屢見(jiàn)于大量的科技文獻(xiàn)之中,能源問(wèn)題的日益嚴(yán)峻不斷推動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電的水平向前發(fā)展。 本文主要基于二氧化鈦和聚苯胺兩種材料制作了具有三明治結(jié)構(gòu)的有機(jī)聚合物固體薄膜太陽(yáng)能電池,文中對(duì)于導(dǎo)電態(tài)聚苯胺和二氧化鈦固體薄膜的制備有著詳細(xì)的論述,對(duì)電池的特征指標(biāo)有著比較詳盡的討論,太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓達(dá)到380毫伏,短路電流達(dá)到40微安,在對(duì)二氧化鈦PEG摻雜后,雖然開(kāi)路電壓有所下降,達(dá)到200多毫伏,但是,電池的短路電流可以達(dá)到120微安,提高近三倍。 【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 內(nèi)容提要4-10
• 第一章 緒論10-40
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷程11
• 1.3 太陽(yáng)能電池的組態(tài)分類11-14
• 1.3.1 按電池結(jié)構(gòu)分類11-12
• 1.3.2 按照光電轉(zhuǎn)換機(jī)理分類12-13
• 1.3.3 按電池材料分類13-14
• 1.4 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池14-32
• 1.4.1 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)14-15
• 1.4.2 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的工作原理15-16
• 1.4.3 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)16-18
• 1.4.4 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池材料18-32
• 1.5 本論文的主要工作32-35
• 參考文獻(xiàn)35-40
• 第二章 納米二氧化鈦薄膜的制備40-73
• 2.1 納米材料概述40-55
• 2.1.1 納米材料的發(fā)展40-41
• 2.1.2 納米材料分類41-42
• 2.1.3 納米粒子的物理特性42-43
• 2.1.4 納米粒子的光學(xué)特性43-44
• 2.1.5 納米材料的應(yīng)用44-51
• 2.1.6 納米材料的表征手段51-55
• 2.2 納米二氧化鈦的基本介紹55-57
• 2.2.1 納米二氧化鈦的基本特性55-56
• 2.2.2 納米TiO_2固體薄膜在光電轉(zhuǎn)化方面的應(yīng)用56-57
• 2.3 納米二氧化鈦薄膜的制備57-62
• 2.3.1 利用溶膠－凝膠法制備TiO_2的反應(yīng)機(jī)理58-60
• 2.3.2 化學(xué)試劑的準(zhǔn)備60
• 2.3.3 TiO_2溶膠凝膠的制備過(guò)程60-61
• 2.3.4 涂膜過(guò)程61
• 2.3.5 熱處理過(guò)程61-62
• 2.4 TiO_2固體薄膜的表征62-65
• 2.4.1 TiO_2固體薄膜的XRD表征與分析62-63
• 2.4.2 TiO_2固體薄膜的原子力表征與分析63-64
• 2.4.3 TiO_2固體薄膜的吸收譜測(cè)量及分析64-65
• 2.5 摻雜離子對(duì)納米TiO_2薄膜吸收譜的影響65-68
• 2.5.1 摻雜TiO_2薄膜的制備65-66
• 2.5.2 摻雜離子對(duì)納米TiO_2薄膜吸收譜的影響66-68
• 2.6 本章小結(jié)68-70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 第三章 導(dǎo)電態(tài)聚苯胺的制備73-108
• 3.1 導(dǎo)電高分子材料概述73-85
• 3.1.1 導(dǎo)電高分子材料的發(fā)展73-75
• 3.1.2 導(dǎo)電高分子的結(jié)構(gòu)特征及導(dǎo)電機(jī)理75-77
• 3.1.3 導(dǎo)電聚合物的合成方法77-79
• 3.1.4 導(dǎo)電聚合物的基本性能及其應(yīng)用前景79-81
• 3.1.5 導(dǎo)電高分子面臨的問(wèn)題81-85
• 3.2 聚苯胺的基本介紹85-92
• 3.2.1 聚苯胺的分子結(jié)構(gòu)85-86
• 3.2.2 聚苯胺的導(dǎo)電機(jī)理86-87
• 3.2.3 聚苯胺的主要合成方法87-88
• 3.2.4 聚苯胺的性質(zhì)及其應(yīng)用88-91
• 3.2.5 聚苯胺的研究現(xiàn)狀及前景展望91-92
• 3.3 導(dǎo)電態(tài)聚苯胺的制備92-94
• 3.3.1 材料的準(zhǔn)備92
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)用具的準(zhǔn)備92-93
• 3.3.3 合成方法93-94
• 3.4 導(dǎo)電態(tài)聚苯胺的表征94-99
• 3.4.1 導(dǎo)電態(tài)聚苯胺的紅外光譜測(cè)量及分析94-96
• 3.4.2 導(dǎo)電態(tài)聚苯胺的吸收譜測(cè)量及分析96-97
• 3.4.3 導(dǎo)電態(tài)聚苯胺的原子力圖譜97
• 3.4.4 導(dǎo)電態(tài)聚苯胺電導(dǎo)率的測(cè)量97-99
• 3.5 本章小結(jié)99-100
• 參考文獻(xiàn)100-108
• 第四章 ITO/TiO_2/PANI/ITO結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的制作及測(cè)試108-136
• 4.1 ITO/TiO_2/PANI/ITO結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)108-109
• 4.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的理論及其參數(shù)109-117
• 4.2.1 理想太陽(yáng)電池110-113
• 4.2.2 材料的光譜響應(yīng)113
• 4.2.3 太陽(yáng)電池的短路電流113-114
• 4.2.4 太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓114-115
• 4.2.5 材料禁帶寬度E_g與效率關(guān)系115-116
• 4.2.6 聚合物太陽(yáng)能電池的工作原理116-117
• 4.3 電池制作的工藝流程117-121
• 4.3.1 ITO導(dǎo)電玻璃的鹽酸腐蝕117-119
• 4.3.2 ITO導(dǎo)電玻璃的清洗119
• 4.3.3 ITO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面的確認(rèn)和標(biāo)記119
• 4.3.4 TiO_2溶膠凝膠的旋涂和TiO_2薄膜的燒制119
• 4.3.5 有機(jī)聚合物的旋涂119-120
• 4.3.6 對(duì)電極的制作120-121
• 4.4 ITO/TiO_2/PANI/ITO結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的結(jié)特性測(cè)試121-123
• 4.4.1 TiO_2 /ITO 及PANI/ITO的歐姆接觸121-123
• 4.4.2 TiO_2/PANI結(jié)的整流特性123
• 4.5 太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓短路電流的測(cè)試及最佳制作條件的討論123-128
• 4.5.1 室外太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓短路電流的測(cè)試123-126
• 4.5.2 試驗(yàn)裝置介紹126
• 4.5.3 TiO_2膠體配比的選擇126-127
• 4.5.4 TiO_2固體薄膜厚度的選擇127-128
• 4.6 基于PANI的太陽(yáng)能電池的負(fù)載特性的測(cè)試與分析128-130
• 4.6.1 基于PANI的太陽(yáng)能電池的負(fù)載特性的測(cè)試128-129
• 4.6.2 基于PANI的太陽(yáng)能電池的負(fù)載特性的分析129-130
• 4.6.3 基于PANI的太陽(yáng)能電池的填充因子的計(jì)算130
• 4.6.4 基于PANI的太陽(yáng)能電池的效率的計(jì)算130
• 4.7 器件的開(kāi)路電壓和短路電流隨光強(qiáng)的變化曲線130-131
• 4.8 器件性能隨時(shí)間的變化曲線131-132
• 4.9 其他類型對(duì)電極的嘗試與制備132-133
• 4.9.1 蒸發(fā)工藝簡(jiǎn)介132
• 4.9.2 濺射工藝簡(jiǎn)介132-133
• 4.9.3 ITO/TiO_2/PANI/Al結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池133
• 4.9.4 ITO/TiO_2/PANI/Au結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池133
• 4.10 本章小結(jié)133-135
• 參考文獻(xiàn)135-136
• 第五章 太陽(yáng)能電池性能的改進(jìn)136-146
• 5.1 二氧化鈦薄膜的PEG改性136-139
• 5.1.1 二氧化鈦溶膠－凝膠的PEG摻雜方法136-137
• 5.1.2 改性后的TiO_2固體薄膜的SEM表征137-138
• 5.1.3 二氧化鈦PEG改性后對(duì)于電池性能的影響138-139
• 5.2 金屬離子摻雜產(chǎn)生吸收譜的紅移以及對(duì)于電池性能的影響139-145
• 5.3 本章小結(jié)145-146
• 第六章 全文總結(jié)146-149
• 致謝149-150
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文150-152
• 摘要152-155
• Abstract155-158

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