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二氧化钛/聚苯胺光伏电池的研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-19 04:20:11
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二氧化钛/聚苯胺光伏电池的研究【摘要】:近年来,TiO_2纳米管因其独特的微观结构,受到了广泛的关注。TiO_2纳米管阵与TiO_2纳米晶颗粒相比,具有更大比表面积,更强吸附能力,

【摘要】:近年来,TiO_2纳米管因其独特的微观结构,受到了广泛的关注。TiO_2纳米管阵与TiO_2纳米晶颗粒相比,具有更大比表面积,更强吸附能力,更高光催化活性和更好光电性能,因此在光催化剂、太阳能电池、气敏传感材料等领域中得到广泛应用。然而,TiO_2纳米管形貌对光电性能的影响研究的较为有限。本文中采用了阳极氧化法,通过改变NH4F/甘油/水体系中甘油和水的比例来制备不同形貌的TiO_2纳米管阵列,对其形貌和晶型进行表征。然后组装成TiO_2/ITO光伏电池,在未加入光敏剂于500W高压汞灯照射条件下,测试开路电位和短路电流。实验结果表明:体系中甘油比例改变,导致纳米管的形貌、结晶程度及光电性能变化,尤其是对电流的影响较大,甘油和水体积比为9:1试样的短路电流密度是1:1试样的1.5倍,这主要是因9:1体系下制得的二氧化钛纳米管有较大的表面积。 近年来,掺杂态聚苯胺因其优良的空穴传输性能被用于p–n结型太阳能电池;同时,又因掺杂态聚苯胺具有优越的导电性能以及较高的电化学催化活性,而作为染料敏化太阳能电池的对电极进行研究,并且取得一定进展。我们实验室一直从事掺杂态聚苯胺超级电容器电极的研究,在活性炭的基底上制备出具有三维枝状微观结构的聚苯胺棒,表现出良好的充放电性能。本文在实验室研究的基础上采用循环伏安法在ITO导电玻璃上成功制备出硫酸掺杂聚苯胺膜,并对聚苯胺膜的形貌、透光性和导电性进行研究,制得的TiO_2/PANI-ITO光伏电池相对TiO_2/ITO光伏电池减小了电解液的界面电阻,提高了TiO_2纳米管光伏电池的光电性能。这主要是因为聚苯胺膜是200nm~300nm的颗粒状致密膜,具有比ITO玻璃更大的比表面积,优良的KI/I_2催化活性,从而提高聚苯胺膜和电解液界面电子交换速率,减小界面电阻。同时聚苯胺膜的影响下KI/I_2的氧化还原电位相对ITO玻璃发生负向偏移,有利于电子从碘化钾注入二氧化钛价带。同时进行了处于完全还原态的聚苯胺膜和处于中间氧化态的聚苯胺膜光电性能的比较,研究表明处于中间氧化态的聚苯胺膜光电性能要优于完全还原态的聚苯胺膜。本文认为这与两种膜的导电性和氧化还原性有关,中间氧化态膜本身具有良好的导电性,很容易实现聚苯胺膜和电解液之间的电子交换;完全还原态聚苯胺膜需要经过氧化,转变成导电态膜才能进行界面处的电子交换,因此比中间氧化态的聚苯胺膜光响应差,故短路电流密度小于中间氧化态的。又因为完全还原态聚苯胺膜影响下的KI/I_2氧化还原电位偏负于中间氧化态聚苯胺膜的,故其影响下的开路电位也小于中间氧化态聚苯胺的。 【关键词】:二氧化钛纳米管 聚苯胺 阳极氧化法 循环伏安法 光伏电池
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM914
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-11
  • 第一章 绪论11-34
  • 1.1 太阳能电池概述11-17
  • 1.1.1 太阳能电池研究背景及意义11-12
  • 1.1.2 按电池材料分类12-17
  • 1.2 TiO_2 光阳极材料17-24
  • 1.2.1 TiO_2 光阳极材料研究背景17
  • 1.2.2 TiO_2 纳米管的制备方法17-19
  • 1.2.3 阳极氧化法制备TiO_2 纳米管的影响因素19-20
  • 1.2.4 阳极氧化法制备TiO_2 纳米管的反应机理研究20-22
  • 1.2.5 纳米TiO_2 在染料敏化太阳能电池中的应用22-24
  • 1.2.6 纳米TiO_2 在其他太阳能电池中的应用24
  • 1.3 聚苯胺电极材料24-32
  • 1.3.1 聚苯胺电极材料的研究背景24-25
  • 1.3.2 聚苯胺的导电机理25-26
  • 1.3.3 掺杂聚苯胺制备26-28
  • 1.3.4 循环伏安法制备掺杂聚苯胺的影响因素28-29
  • 1.3.5 电化学聚合聚苯胺的机理29-31
  • 1.3.6 聚苯胺在太阳能电池中的应用31-32
  • 1.4 本论文主要工作32-34
  • 第二章 二氧化钛光阳极研究34-51
  • 2.1 TiO_2 纳米管概述34
  • 2.2 TiO_2 纳米管的制备及表征34-44
  • 2.2.1 试验原料和仪器34-36
  • 2.2.2 TiO_2 纳米管制备流程及表征手段36-38
  • 2.2.3 不同电解液下TiO_2 纳米管制备38
  • 2.2.4 不同电解液下TiO_2 纳米管形貌和结构的分析38-42
  • 2.2.5 不同电压下TiO_2 纳米管制备42
  • 2.2.6 不同电压下TiO_2 纳米管制备形貌分析42-44
  • 2.3 TiO_2 纳米管光伏电池的制备44
  • 2.3.1 电解液的制备44
  • 2.3.2 电池的组装44
  • 2.4 TiO_2 纳米管光伏电池性能测定44-50
  • 2.4.1 电池性能表征手段44
  • 2.4.2 开路电位44-48
  • 2.4.3 短路电流密度测定48-50
  • 2.5 本章小结50-51
  • 第三章 聚苯胺膜对电极光电性能的研究51-68
  • 3.1 聚苯胺概述51-52
  • 3.2 聚苯胺的制备52-58
  • 3.2.1 实验药品和仪器52-54
  • 3.2.2 实验流程图54
  • 3.2.3 聚苯胺的制备及测定54-58
  • 3.3 聚苯胺的导电性能研究58-59
  • 3.4 聚苯胺光电性能研究59-62
  • 3.4.1 TiO_2/聚苯胺光伏电池制备59-60
  • 3.4.2 开路电位60-61
  • 3.4.3 短路电流密度测定61-62
  • 3.4.4 工作原理62
  • 3.5 不同氧化还原态下聚苯胺膜的光电性能比较62-66
  • 3.5.1 实验内容63-64
  • 3.5.2 紫外可见透光测试64
  • 3.5.3 光电性能比较64-66
  • 3.6 本章小结66-68
  • 第四章 本文总结68-70
  • 参考文献70-78
  • 致谢78-79
  • 个人简历79
  • 发表的学术论文79


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