二氧化钛/聚苯胺光伏电池的研究
近年来,TiO2纳米管因其独特的微观结构,受到了广泛的关注。TiO2纳米管阵与TiO2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,TiO2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TiO2纳米管阵列,对其形貌和晶型进行表征。然后组装成TiO2/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TiO2/PANI-ITO光伏电池相对TiO2/ITO光伏电池减小了电解液的界面电阻,提高了TiO2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/I2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/I2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/I2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。
二氧化钛纳米管;掺杂态聚苯胺膜;太阳能电池;阳极氧化法;循环伏安法;光电性能;光催化活性
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
王玮
2011
中文
TM914.42;TM910.3
78
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）