ITO-TiO2-CPs電極的制備及其光電性能的測定.pdf

1、導(dǎo)電聚合物以其特殊的能帶結(jié)構(gòu)及光吸收性能，現(xiàn)已在染料敏化太陽能電池中得到應(yīng)用。研究其敏化納米半導(dǎo)體的原理，不僅能夠幫助人們從分子水平理解電子在電池內(nèi)部的生成和傳輸過程，而且還為人們通過分子設(shè)計來尋求更為高效的，廉價易得的染料敏化劑提供理論指導(dǎo)，從而為解決能源危機和環(huán)境污染提供一些實質(zhì)性的幫助?；诖?，本論文以鈦酸四丁酯為鈦源，采用溶膠-凝膠法在不同焙燒溫度下制備了不同粒徑的TiO2納米粉;分別以聚噻吩(PTh)、聚苯胺(PANI)敏化后

2、得到了ITO/TiO2電極、ITO/TiO2/PTh電極和ITO/TiO2/PANI電極;以PTh和N719做為復(fù)合敏化劑制備了ITO/TiO2/PTh/N719復(fù)合電極;并應(yīng)用三種方法準(zhǔn)備了三種背電極。
　　研究了各種電極的光電性能，并以數(shù)據(jù)為參考對電池進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，以400℃下焙燒所得的TiO2納米粉所制備的電極，在綜合性能上高于其他溫度的ITO/TiO2電極。背電極中，Pt電極顯示出良好的光電性能。ITO/TiO2/

3、PTh電極的光電轉(zhuǎn)換效率很高η=5.151％;ITO/TiO2/PTh/N719復(fù)合電極的光電轉(zhuǎn)化效率最高達(dá)到了6.219％。說明復(fù)合敏化可以起到雙重敏化的作用。但最顯著的提高表現(xiàn)在PTh對TiO2的敏化。TiO2/PTh中存在的p-n異質(zhì)結(jié)，有效抑制了光生電子的反向復(fù)合，減小了電子的損失，從而提高了電極的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　利用XRD分別對TiO2納米粉，ITO/TiO2/PTh電極，ITO/TiO2/PANI電極的相組成進(jìn)行了

4、分析。結(jié)果表明，所制備的樣品TiO2的晶化溫度比較低。不同溫度下的TiO2納米粉晶型不同。在ITO/TiO2/PANI電極和ITO/TiO2/PTh電極的XRD圖中，都觀察到了PANI和PTh的特征衍射峰，意味著PANI和PTh都具有一定的結(jié)晶度。
　　利用TEM、AFM、SEM對TiO2納米粉、ITO/TiO2/PTh電極、ITO/TiO2/PANI電極的形貌進(jìn)行了分析。AFM結(jié)果表明，利用溶膠-凝膠法所得的納米TiO2形貌為類

5、球形，顆粒之間有一定的團(tuán)聚現(xiàn)象。納米TiO2的粒徑約為15nm，基本與XRD所測結(jié)果一致。與單一的TiO2薄膜對比，觀察TiO2/PANI復(fù)合膜的AFM圖，我們得出包覆PANI使得薄膜表面形貌發(fā)生了很大的變化。在圖中TiO2/PANI復(fù)合薄膜的表面粗糙，純TiO2表面的空隙被PANI所填充。TiO2小立方體顆粒已經(jīng)被PANI均勻地包裹成比較大的，不規(guī)則的球形顆粒，顆粒直徑平均約為35nm。PANI在TiO2表面形成很多高約50nm的小山

6、包，使原來比較平整的表面變得粗糙不平，這會極大地提高復(fù)合薄膜的表面積。光線必須要經(jīng)過多重反射才能離開這樣的表面，所以電池對光的吸收及利用率將得到提高，有利于光電反應(yīng)的進(jìn)行。
　　SEM結(jié)果表明，TiO2薄膜的斷面厚度約為2.5μm。薄膜表面平整，呈現(xiàn)多孔狀，存在類似筒狀空隙。我們認(rèn)為筒狀空隙的存在有利于TiO2涂層對于光的吸收利用，有利于敏化劑和電解液與表面的TiO2納米顆粒，甚至是涂層內(nèi)部最內(nèi)層的TiO2納米顆粒的接觸，從而有利

7、于光電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，提高電池的光電活性，使得電池的光電轉(zhuǎn)化效率得到提高。
　　TiO2/PTh樣品的TEM照片表明，固相法所得PTh為針狀顆粒，與純TiO2的形態(tài)不同。與純的PTh顆粒相比，固相法所得TiO2/PTh顆粒形狀發(fā)生了改變，為粗短的短棒狀。
　　利用UV-Vis吸收光譜研究了兩個導(dǎo)電聚合物電極，ITO/TiO2/PTh電極和ITO/TiO2/PANI電極的光學(xué)性能。在兩者的紫外-可見吸收光譜圖中，我們均觀察到了

8、由量子尺寸效應(yīng)而引發(fā)的“藍(lán)移”現(xiàn)象。與純TiO2和純PANI相比，TiO2/PANI復(fù)合膜在可見光區(qū)，尤其是在470-780nm之間的可見光區(qū)域，展現(xiàn)出非常強的吸光性;而TiO2/PTh復(fù)合膜在可見光區(qū)，尤其是在200-600nm范圍內(nèi)表現(xiàn)有比TiO2和純PTh都強的吸收。
　　此外兩種導(dǎo)電聚合物電極均表現(xiàn)出一定的“紅移”現(xiàn)象，這均有利于提高復(fù)合膜的光學(xué)性能。計算得TiO2/PANI復(fù)合膜的帶隙能為3.18eV，TiO2/PTh的