（聚苯胺/碳）_n絡(luò)合物對(duì)電極的層層自組裝及其染料敏化太陽(yáng)能電池的光伏性能研究

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSCs)由于具有清潔、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),有望成為解決全球能源和環(huán)境問題的有效方法之一。其中,對(duì)電極起到傳輸外電路的回流電子至電解質(zhì)/對(duì)電極界面并催化I3-+2e→3I-還原反應(yīng)的作用,因此它的性能直接影響著DSSCs的能量轉(zhuǎn)化效率。傳統(tǒng)鉑對(duì)電極具有很好的電催化活性,但是由于成本較高，限制了商業(yè)化應(yīng)用。低成本的導(dǎo)電聚合物和碳材料復(fù)合對(duì)電極可以集碳材料的高導(dǎo)電性與導(dǎo)電聚合物的良好電催化活性于一體。采用共混法、電化學(xué)共沉積等傳統(tǒng)方法制備的復(fù)合對(duì)電極是簡(jiǎn)單的物理復(fù)合,界面電阻較大,嚴(yán)重制約了DSSCs能量轉(zhuǎn)換效率的提高。針對(duì)這一問題,本論文提出采用回流技術(shù)制備導(dǎo)電聚苯胺與碳材料絡(luò)合物,使導(dǎo)電聚苯胺中的-NH-與碳材料中的-C=形成共價(jià)鍵,加快電子傳輸,同時(shí)采用層層(Layer-by-layer, LbL)自組裝的方法制備導(dǎo)電多層膜,增大了I3-的反應(yīng)面積,有利于能量轉(zhuǎn)化效率的提高。論文首先在第二章中研究了采用LbL自組裝技術(shù)制備的(聚苯胺／聚苯乙烯磺酸鈉)n[(PANi/PSS)n]多層膜的生長(zhǎng)機(jī)理及電學(xué)、光電性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,(PANi/PSS)n多層膜的生長(zhǎng)方式為均勻線性生長(zhǎng),每個(gè)雙層組裝上的PANi與PSS是等量的,且吸附過程遵循高階動(dòng)力學(xué)原理。(PANi/PSS)n多層膜在硫酸水溶液中的氧化還原反應(yīng)受擴(kuò)散作用控制。由于電子隧穿效應(yīng),底層PANi上的電子可以越過絕緣層的PSS,傳遞到上層PANi,隨著雙層數(shù)的增加,電子呈現(xiàn)累積效應(yīng)。因此(PANi/PSS)n多層膜的膜電阻不會(huì)隨著雙層數(shù)的變化而發(fā)生改變,而它的電導(dǎo)率則隨著雙層數(shù)的增加呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)關(guān)系。光電性能測(cè)試表明(PANi/PSS)n多層膜的光電流響應(yīng)密度隨著雙層數(shù)的增加呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)。論文的第三章主要研究了[PANi-石墨烯(或碳納米管)絡(luò)合物/氧化石墨烯]n(Graphene oxide, GO)自組裝多層膜對(duì)電極的電催化活性、電子傳輸能力及其組裝成的電池效率。首先采用回流技術(shù)制備PANi-石墨烯(或碳納米管)絡(luò)合物,使PANi中的-NH-與石墨烯(或碳納米管)中的-C=之間形成共價(jià)鍵,從而加速電子傳輸速度，提高對(duì)電極材料的導(dǎo)電性和電催化活性。采用LbL自組裝技術(shù)將PANi-石墨烯(或碳納米管)絡(luò)合物與GO制備成[PANi-石墨烯(或碳納米管)絡(luò)合物/GO]n導(dǎo)電多層膜用作DSSCs對(duì)電極材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,由于多層膜對(duì)電極呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu),因此組裝雙層數(shù)越多,越有利于I-/13-氧化還原對(duì)的擴(kuò)散，對(duì)電極的電催化活性也隨之提高。另外,對(duì)電極中石墨烯(碳納米管)的含量也會(huì)影響其電催化活性。由于PANi-石墨烯(或碳納米管)絡(luò)合物中共價(jià)鍵的存在對(duì)對(duì)電極的電催化活性具有促進(jìn)作用,因此石墨烯(或碳納米管)的含量越高,對(duì)電極的電子傳輸能力越好,從而電池效率也得到提升。其中(PANi-4 wt‰ SWCNT/GO)5多層膜對(duì)電極組裝成的電池效率為6.88%,而以(PANi-10 wt‰ G/GO)10多層膜作為對(duì)電極的電池效率可達(dá)7.88%。論文在第四章研究了(PANi-石墨烯/鉑)n自組裝多層膜對(duì)電極的電化學(xué)和光伏性質(zhì)。隨著雙層數(shù)的增加,(PANi-石墨烯/鉑)。自組裝多層膜對(duì)電極的電子傳輸能力增強(qiáng),電催化活性也越好。其中,以(PANi-10 wt‰石墨烯/鉑)9多層膜對(duì)電極組裝成的DSSC效率可達(dá)7.45%。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 對(duì)電極 層層自組裝 導(dǎo)電多層膜 聚苯胺-碳絡(luò)合物
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB33;TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要5-7
• 英文摘要7-14
• 第一章 緒論14-25
• 1.1 引言14
• 1.2 DSSCs的概況14-17
• 1.2.1 DSSCs的發(fā)展歷史14-15
• 1.2.2 DSSCs的結(jié)構(gòu)與工作原理15-17
• 1.3 DSSCs的對(duì)電極材料17-22
• 1.3.1 鉑對(duì)電極17-18
• 1.3.2 合金對(duì)電極18-20
• 1.3.3 碳對(duì)電極20
• 1.3.4 導(dǎo)電聚合物對(duì)電極20-21
• 1.3.5 復(fù)合對(duì)電極21-22
• 1.3.6 其它對(duì)電極22
• 1.4 DSSCs的光伏參數(shù)22-24
• 1.5 本論文的研究目的24-25
• 第二章 (聚苯胺/聚苯乙烯磺酸鈉)_n自組裝多層膜的電學(xué)、電化學(xué)性能研究25-38
• 2.1 引言25-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分26-29
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品26-27
• 2.2.2 FTO導(dǎo)電玻璃的預(yù)處理27
• 2.2.3 PANi溶液的制備27
• 2.2.4 (PANi/PSS)_n導(dǎo)電多層膜的自組裝27-28
• 2.2.5 測(cè)試及表征方法28-29
• 2.3 結(jié)果與討論29-36
• 2.3.1 (PANi/PSS)_n導(dǎo)電多層膜的UV-vis表征29-31
• 2.3.2 (PANi/PSS)_n導(dǎo)電多層膜的循環(huán)伏安曲線31-33
• 2.3.3 (PANi/PSS)_n導(dǎo)電多層膜的阻抗表征33-34
• 2.3.5 (PANi/PSS)_n導(dǎo)電多層膜的導(dǎo)電機(jī)理34-35
• 2.3.6 (PANi/PSS)_n導(dǎo)電多層膜的光電性能35-36
• 2.4 本章小結(jié)36-38
• 第三章 [PANi-石墨烯(或碳納米管)絡(luò)合物/氧化石墨烯]_n多層膜對(duì)電極的制備及其在DSSC中的性能研究38-64
• 3.1 引言38-39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分39-43
• 3.2.1 儀器與藥品39-40
• 3.2.2 苯胺-G(或SWCNTs)絡(luò)合物的回流制備40
• 3.2.3 PANi-G(或SWCNTs)絡(luò)合物的制備40
• 3.2.4 [PANi-G(或SWCNTs)絡(luò)合物/GO]_n多層膜對(duì)電極的組裝40-41
• 3.2.5 TiO_2光陽(yáng)極的制備41
• 3.2.6 DSSC的組裝41
• 3.2.7 電解液的配置41-42
• 3.2.8 測(cè)試及表征方法42-43
• 3.3 結(jié)果與討論43-62
• 3.3.1 [PANi-G(或SWCNTs)絡(luò)合物/GO]_n導(dǎo)電多層膜形貌表征43-46
• 3.3.2 苯胺-G絡(luò)合物的熒光光譜表征46-48
• 3.3.3 [PANi-G(或SWCNT)絡(luò)合物/GO]_n多層膜對(duì)電極的UV-vis表征48-50
• 3.3.4 (PANi-SWCNT/GO)_n多層膜對(duì)電極的絡(luò)合機(jī)理50
• 3.3.5 [PANi-G(或SWCNT)絡(luò)合物/GO]_n多層膜對(duì)電極的循環(huán)伏安曲線50-54
• 3.3.6 [PANi-G(或SWCNT)絡(luò)合物/GO]_n多層膜對(duì)電極的EIS表征54-57
• 3.3.7 [PANi-G(或SWCNT)絡(luò)合物/GO]_n多層膜對(duì)電極的Tafel極化曲線57-59
• 3.3.8 [PANi-G(或SWCNT)絡(luò)合物/GO]_n多層膜對(duì)電極的電池效率59-62
• 3.4 本章小結(jié)62-64
• 第四章 (PANi-G/Pt)_n自組裝多層膜對(duì)電極的制備及其在DSSC中的性能研究64-78
• 4.1 引言64-65
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分65-69
• 4.2.1 藥品與儀器65-66
• 4.2.2 FTO導(dǎo)電玻璃的預(yù)處理66
• 4.2.3 鉑溶膠的制備66-67
• 4.2.4 制備苯胺-G絡(luò)合物67
• 4.2.5 PANi-G絡(luò)合物的制備67
• 4.2.6 (PANi-G/Pt)_n多層膜對(duì)電極的組裝67-68
• 4.2.7 TiO_2光陽(yáng)極的制備68
• 4.2.8 DSSCs的組裝68
• 4.2.9 電解液的配置68
• 4.2.10 測(cè)試及表征方法68-69
• 4.3 結(jié)果與討論69-77
• 4.3.1 (PANi-G/Pt)_n多層膜的形貌表征69-70
• 4.3.2 (PANi-G/Pt)_n多層膜對(duì)電極的UV-vis表征70-71
• 4.3.3 (PANi-G/Pt)_n多層膜對(duì)電極的循環(huán)伏安曲線71-73
• 4.3.4 (PANi-G/Pt)_n多層膜對(duì)電極的EIS表征73-74
• 4.3.5 (PANi-G/Pt)_n多層膜對(duì)電極的Tafel極化曲線74-75
• 4.3.6 (PANi-G/Pt)_n多層膜對(duì)電極的電池效率75-77
• 4.4 本章小結(jié)77-78
• 第五章 主要結(jié)論與創(chuàng)新78-80
• 參考文獻(xiàn)80-90
• 致謝90-92
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷92
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文92-94
• 獲獎(jiǎng)情況94

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