導(dǎo)電多層膜的層層自組裝及其電學(xué)、電化學(xué)及光伏性能研究

【摘要】：能源是全球長(zhǎng)期關(guān)注的熱點(diǎn)之一。隨著化石燃料儲(chǔ)量的急劇減少及其過量使用對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的顯著危害，可使得再生能源，如風(fēng)能、水能、核電等，越來越受到世界各國(guó)的重視。但它們的應(yīng)用很大程度上受到地理因素的制約，且需要高昂的設(shè)備及維護(hù)成本。相比之下，太陽能因其來源廣、無污染等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用受到了廣泛的關(guān)注，具有遠(yuǎn)大的應(yīng)用前景。對(duì)電極作為太陽能電池中重要的組成部分，顯著影響光伏參數(shù)中的填充因子(FF)，通過增加對(duì)電極的反應(yīng)面積，可有效地提高反應(yīng)速率，從而進(jìn)一步提升染料敏化太陽能電池的效率。1991年，Decher發(fā)展了一種基于陰、陽聚電解質(zhì)間靜電作用為推動(dòng)力的制備多層膜的層層自組裝法，這種方法制成的多層膜具有較大的比表面積及不同的界面，其在對(duì)電極上有良好的應(yīng)用前景。本論文旨在采用靜電自組裝的方法制備高導(dǎo)電性高催化性多層膜，研究其導(dǎo)電機(jī)理，并將其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池的對(duì)電極，促進(jìn)層層自組裝法在染料敏化太陽能電池對(duì)電極中的應(yīng)用。 在論文的第二章中，采用聚乙烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)和氧化石墨烯(GO)進(jìn)行靜電自組裝制備(PDDA/GO)n導(dǎo)電多層膜。實(shí)驗(yàn)表明(PDDA/GO)n導(dǎo)電多層膜的生長(zhǎng)方式為均勻線性生長(zhǎng)，每一層PDDA/GO導(dǎo)電多層膜的厚度基本一致。(PDDA/GO)n導(dǎo)電多層膜在硫酸溶液介質(zhì)中的氧化還原反應(yīng)受擴(kuò)散作用控制。同時(shí)，(PDDA/GO)n導(dǎo)電多層膜的氧化還原中的電荷轉(zhuǎn)移由膜內(nèi)的電荷擴(kuò)散所控制。(PDDA/GO)n導(dǎo)電多層膜的膜電阻幾乎不隨雙層數(shù)發(fā)生改變，但(PDDA/GO)n導(dǎo)電多層膜的電導(dǎo)率隨雙層數(shù)的增加呈現(xiàn)線性增加的趨勢(shì)，這表明隨著雙層數(shù)的增加，表面電荷的積累也呈現(xiàn)線性趨勢(shì)，表現(xiàn)出電子隧穿效應(yīng)。光電性能測(cè)試表明(PDDA/GO)n導(dǎo)電多層膜的光電流響應(yīng)高度依賴于雙層膜的沉積周期，且光電流密度隨著沉積周期的增多而迅速增加。這表明光激發(fā)電子同樣具有從GO層底部轉(zhuǎn)移到頂部的電子隧穿效應(yīng)。這個(gè)獨(dú)特的性質(zhì)在DSSC的對(duì)電極中將具有很好的應(yīng)用。 在論文的第三章中，利用與第二章類似的靜電自組裝的方法，成功地實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電聚合物聚吡咯(PPy)與氧化石墨烯(GO)的層層自組裝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，(PPy/GO)n導(dǎo)電多層膜的生長(zhǎng)方式為均勻線性生長(zhǎng)。(PPy/GO)n導(dǎo)電多層膜在硫酸溶液介質(zhì)中的氧化還原反應(yīng)受擴(kuò)散作用控制。同時(shí)，(PPy/GO)n導(dǎo)電多層膜的氧化還原中的電荷轉(zhuǎn)移由膜內(nèi)的電荷擴(kuò)散所控制。(PPy/GO)n導(dǎo)電多層膜的膜電阻不隨雙層數(shù)的增加而改變，但其電導(dǎo)率隨之呈線性增加的趨勢(shì)，表現(xiàn)出電子隧穿效應(yīng)。(PPy/GO)n導(dǎo)電多層膜對(duì)電解液的催化性能隨雙層數(shù)的增加而增加，且其導(dǎo)電性能也隨之增加，完全符合染料敏化太陽電池(DSSC)對(duì)電極的性能要求。將(PPy/GO)n自組裝導(dǎo)電多層膜作為對(duì)電極測(cè)試其電池效率，電池效率隨雙層數(shù)的增加而增加，最高效率為4.86％。 采用靜電自組裝的方法制備了(PDDA/GO)n導(dǎo)電多層膜和(PPy/GO)n導(dǎo)電多層膜，研究了導(dǎo)電多層膜的電學(xué)、電化學(xué)及光伏性能，并將(PPy/GO)n導(dǎo)電多層膜應(yīng)用于DSSC對(duì)電極。將靜電自組裝方法應(yīng)用于DSSC，促進(jìn)DSSC對(duì)電極的發(fā)展。 【關(guān)鍵詞】：靜電層層自組裝 染料敏化太陽電池 導(dǎo)電多層膜 氧化石墨烯
【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】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-27
• 1.1 引言12-13
• 1.2 染料敏化太陽電池13-16
• 1.2.1 DSSC 的組成13-14
• 1.2.2 DSSC 的工作原理14-15
• 1.2.3 DSSC 性能評(píng)價(jià)15-16
• 1.3 DSSC 的對(duì)電極16-21
• 1.3.1 鉑對(duì)電極16-17
• 1.3.2 碳材料對(duì)電極17-18
• 1.3.3 復(fù)合型碳納米結(jié)構(gòu)18-20
• 1.3.4 導(dǎo)電聚合物對(duì)電極20
• 1.3.5 復(fù)合材料對(duì)電極20-21
• 1.4 層層自組裝制備對(duì)電極材料21-26
• 1.4.1 層層自組裝的發(fā)展21-22
• 1.4.2 自組裝機(jī)理22-24
• 1.4.3 層層自組裝的驅(qū)動(dòng)力24-25
• 1.4.4 層層自組裝表征方法25-26
• 1.5 論文的研究目的及意義26-27
• 第2章 (PDDA/GO)n導(dǎo)電多層膜的靜電自組裝及其電學(xué)、電化學(xué)及光電性能27-49
• 2.1 引言27-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分28-31
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器28-29
• 2.2.2 石英玻璃片的預(yù)處理29
• 2.2.3 GO 溶液以及 PDDA 溶液的的配制29
• 2.2.4 (PDDA/GO)n導(dǎo)電多層膜的自組裝29-30
• 2.2.5 測(cè)試及表征方法30-31
• 2.3 結(jié)果與討論31-47
• 2.3.0 GO 的片狀結(jié)構(gòu)31
• 2.3.1 (PDDA/GO)n導(dǎo)電多層膜的生長(zhǎng)方式31-33
• 2.3.2 吸附時(shí)間對(duì)(PDDA/GO)n導(dǎo)電多層膜組裝過程的影響33-36
• 2.3.3 循環(huán)伏安曲線(CV)36-40
• 2.3.4 電化學(xué)阻抗譜(EIS)40-44
• 2.3.5 電子隧道效應(yīng)44-45
• 2.3.6 光電性能45-47
• 2.4 本章小結(jié)47-49
• 第3章 (PPy/GO)n導(dǎo)電多層膜的靜電自組裝及其電學(xué)、電化學(xué)性能及在 DSSC 對(duì)電極中的應(yīng)用49-67
• 3.1 引言49-50
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分50-53
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器50-51
• 3.2.2 氟摻雜氧化錫(FTO)導(dǎo)電玻璃片的預(yù)處理51
• 3.2.3 GO 溶液、PPy 溶液以及電解液的配制51-52
• 3.2.4 (PPy/GO)n導(dǎo)電多層膜的自組裝52
• 3.2.5 測(cè)試及表征方法52-53
• 3.3 結(jié)果與討論53-66
• 3.3.1 (PPy/GO)n導(dǎo)電多層膜的結(jié)構(gòu)53-54
• 3.3.2 (PPy/GO)n導(dǎo)電多層膜的生長(zhǎng)方式54-55
• 3.3.3 循環(huán)伏安曲線(CV)55-58
• 3.3.4 電化學(xué)阻抗譜(EIS)58-61
• 3.3.5 (PPy/GO)n導(dǎo)電多層膜對(duì)電解質(zhì)的催化性能61-65
• 3.3.6 (PPy/GO)n導(dǎo)電多層膜對(duì)電極的光伏性能65-66
• 3.4 本章小結(jié)66-67
• 第4章 總結(jié)67-68
• 4.1 主要結(jié)論67
• 4.2 不足與展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-74
• 致謝74-75
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷75
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75-76

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