二氧化鈦/聚苯胺光伏電池的研究

【摘要】：近年來,TiO_2納米管因其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu),受到了廣泛的關(guān)注。TiO_2納米管陣與TiO_2納米晶顆粒相比,具有更大比表面積,更強(qiáng)吸附能力,更高光催化活性和更好光電性能,因此在光催化劑、太陽能電池、氣敏傳感材料等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。然而,TiO_2納米管形貌對(duì)光電性能的影響研究的較為有限。本文中采用了陽極氧化法,通過改變NH4F/甘油/水體系中甘油和水的比例來制備不同形貌的TiO_2納米管陣列,對(duì)其形貌和晶型進(jìn)行表征。然后組裝成TiO_2/ITO光伏電池,在未加入光敏劑于500W高壓汞燈照射條件下,測(cè)試開路電位和短路電流。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:體系中甘油比例改變,導(dǎo)致納米管的形貌、結(jié)晶程度及光電性能變化,尤其是對(duì)電流的影響較大,甘油和水體積比為9:1試樣的短路電流密度是1:1試樣的1.5倍,這主要是因9:1體系下制得的二氧化鈦納米管有較大的表面積。 近年來,摻雜態(tài)聚苯胺因其優(yōu)良的空穴傳輸性能被用于p–n結(jié)型太陽能電池;同時(shí),又因摻雜態(tài)聚苯胺具有優(yōu)越的導(dǎo)電性能以及較高的電化學(xué)催化活性,而作為染料敏化太陽能電池的對(duì)電極進(jìn)行研究,并且取得一定進(jìn)展。我們實(shí)驗(yàn)室一直從事?lián)诫s態(tài)聚苯胺超級(jí)電容器電極的研究,在活性炭的基底上制備出具有三維枝狀微觀結(jié)構(gòu)的聚苯胺棒,表現(xiàn)出良好的充放電性能。本文在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上采用循環(huán)伏安法在ITO導(dǎo)電玻璃上成功制備出硫酸摻雜聚苯胺膜,并對(duì)聚苯胺膜的形貌、透光性和導(dǎo)電性進(jìn)行研究,制得的TiO_2/PANI-ITO光伏電池相對(duì)TiO_2/ITO光伏電池減小了電解液的界面電阻,提高了TiO_2納米管光伏電池的光電性能。這主要是因?yàn)榫郾桨纺な?00nm~300nm的顆粒狀致密膜,具有比ITO玻璃更大的比表面積,優(yōu)良的KI/I_2催化活性,從而提高聚苯胺膜和電解液界面電子交換速率,減小界面電阻。同時(shí)聚苯胺膜的影響下KI/I_2的氧化還原電位相對(duì)ITO玻璃發(fā)生負(fù)向偏移,有利于電子從碘化鉀注入二氧化鈦價(jià)帶。同時(shí)進(jìn)行了處于完全還原態(tài)的聚苯胺膜和處于中間氧化態(tài)的聚苯胺膜光電性能的比較,研究表明處于中間氧化態(tài)的聚苯胺膜光電性能要優(yōu)于完全還原態(tài)的聚苯胺膜。本文認(rèn)為這與兩種膜的導(dǎo)電性和氧化還原性有關(guān),中間氧化態(tài)膜本身具有良好的導(dǎo)電性,很容易實(shí)現(xiàn)聚苯胺膜和電解液之間的電子交換;完全還原態(tài)聚苯胺膜需要經(jīng)過氧化,轉(zhuǎn)變成導(dǎo)電態(tài)膜才能進(jìn)行界面處的電子交換,因此比中間氧化態(tài)的聚苯胺膜光響應(yīng)差,故短路電流密度小于中間氧化態(tài)的。又因?yàn)橥耆€原態(tài)聚苯胺膜影響下的KI/I_2氧化還原電位偏負(fù)于中間氧化態(tài)聚苯胺膜的,故其影響下的開路電位也小于中間氧化態(tài)聚苯胺的。 【關(guān)鍵詞】：二氧化鈦納米管 聚苯胺 陽極氧化法 循環(huán)伏安法 光伏電池
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TM914
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-34
• 1.1 太陽能電池概述11-17
• 1.1.1 太陽能電池研究背景及意義11-12
• 1.1.2 按電池材料分類12-17
• 1.2 TiO_2 光陽極材料17-24
• 1.2.1 TiO_2 光陽極材料研究背景17
• 1.2.2 TiO_2 納米管的制備方法17-19
• 1.2.3 陽極氧化法制備TiO_2 納米管的影響因素19-20
• 1.2.4 陽極氧化法制備TiO_2 納米管的反應(yīng)機(jī)理研究20-22
• 1.2.5 納米TiO_2 在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用22-24
• 1.2.6 納米TiO_2 在其他太陽能電池中的應(yīng)用24
• 1.3 聚苯胺電極材料24-32
• 1.3.1 聚苯胺電極材料的研究背景24-25
• 1.3.2 聚苯胺的導(dǎo)電機(jī)理25-26
• 1.3.3 摻雜聚苯胺制備26-28
• 1.3.4 循環(huán)伏安法制備摻雜聚苯胺的影響因素28-29
• 1.3.5 電化學(xué)聚合聚苯胺的機(jī)理29-31
• 1.3.6 聚苯胺在太陽能電池中的應(yīng)用31-32
• 1.4 本論文主要工作32-34
• 第二章 二氧化鈦光陽極研究34-51
• 2.1 TiO_2 納米管概述34
• 2.2 TiO_2 納米管的制備及表征34-44
• 2.2.1 試驗(yàn)原料和儀器34-36
• 2.2.2 TiO_2 納米管制備流程及表征手段36-38
• 2.2.3 不同電解液下TiO_2 納米管制備38
• 2.2.4 不同電解液下TiO_2 納米管形貌和結(jié)構(gòu)的分析38-42
• 2.2.5 不同電壓下TiO_2 納米管制備42
• 2.2.6 不同電壓下TiO_2 納米管制備形貌分析42-44
• 2.3 TiO_2 納米管光伏電池的制備44
• 2.3.1 電解液的制備44
• 2.3.2 電池的組裝44
• 2.4 TiO_2 納米管光伏電池性能測(cè)定44-50
• 2.4.1 電池性能表征手段44
• 2.4.2 開路電位44-48
• 2.4.3 短路電流密度測(cè)定48-50
• 2.5 本章小結(jié)50-51
• 第三章 聚苯胺膜對(duì)電極光電性能的研究51-68
• 3.1 聚苯胺概述51-52
• 3.2 聚苯胺的制備52-58
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器52-54
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)流程圖54
• 3.2.3 聚苯胺的制備及測(cè)定54-58
• 3.3 聚苯胺的導(dǎo)電性能研究58-59
• 3.4 聚苯胺光電性能研究59-62
• 3.4.1 TiO_2/聚苯胺光伏電池制備59-60
• 3.4.2 開路電位60-61
• 3.4.3 短路電流密度測(cè)定61-62
• 3.4.4 工作原理62
• 3.5 不同氧化還原態(tài)下聚苯胺膜的光電性能比較62-66
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容63-64
• 3.5.2 紫外可見透光測(cè)試64
• 3.5.3 光電性能比較64-66
• 3.6 本章小結(jié)66-68
• 第四章 本文總結(jié)68-70
• 參考文獻(xiàn)70-78
• 致謝78-79
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷79
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文79

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