导电聚合物修饰硫化物量子点连接纳米结构TiO2的光电化学研究

论文摘要

本论文采用原位化学法在纳米结构TiO2膜上分别沉积了量子点PbS和CdS（Q-PbS，Q-CdS），并用电化学方法在TiO2／Q-PbS，Q-CdS上聚合3-甲基噻吩poly（3-Methylthiophene）（PMeT）。对PMeT修饰量子点Q-PbS，Q-CdS连接纳米结构TiO2膜的光电化学性能进行了研究。研究的主要结果如下：1)用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了ITO／TiO2／Q-PbS（Q代表quantum dots）膜电极的光电转换性质。结果表明，由于量子尺寸效应的结果，在饱和的Pb（CH3COO）2溶液中浸泡时间不同所制备的Q-PbS颗粒大小不同，禁带宽度随着浸泡时间的增大而减小，并确定了浸泡时间为40s，在80℃烘干下制备的Q-PbS的禁带宽度为1.68eV，其价带位置为-5.538 eV。修饰ITO／TiO2电极可使光电流发生明显的红移，从而提高了宽禁带半导体的光电转换效率。2)用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了ITO／TiO2／Q-CdS（Q代表quantum dots）膜电极的光电转换性质。结果表明，由于量子尺寸效应的结果，浸泡时间为60s，在80℃烘干下制备的Q-CdS的禁带宽度由块体的2.42 eV被拓宽到2.51 eV，其价带位置为—6.168 eV。研究还发现Q-CdS修饰ITO／TiO2电极可使光响应范围发生明显的红移，从而提高了宽禁带半导体的光电转换效率。3)通过对PMeT修饰Q-PbS连接TiO2纳米结构膜的研究表明，PMeT和Q-PbS单独修饰纳米结构TiO2电极和PMeT修饰Q-PbS连接纳米结构TiO2电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动；在可见光区光电转换效率均较纳米结构TiO2的光电转换效率有明显的提高；PMeT与Q-PbS修饰的纳米结构TiO2之间存在p-n异质结。在一定条件下p-n异质结的存在有利于光生电子／空穴的分离，提高了光电转换效率。4)通过对PMeT修饰Q-CdS连接TiO2纳米结构膜的研究表明，PMeT和Q-CdS单独修饰纳米结构TiO2电极和PMeT修饰Q-CdS连接纳米结构TiO2电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动；一定条件下在可见光区光电转换效率均较纳米结构TiO2的光电转换效率有明显地提高：聚3-甲基噻吩（PMeT）与Q-CdS连接的纳米结构TiO2之间存在p-n异质结。在一定条件下p-n异质结的存在有利于光生电子／空穴的分离，提高了光电转换效率。5)用光电化学方法研究了PMeT修饰Q-CdS、Q-PbS连接TiO2纳米结构膜，实验结果表明，PMeT和Q-CdS，Q-PbS单独修饰纳米结构TiO2电极和PMeT修饰Q-CdS、Q-PbS连接纳米结构TiO2电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动；一定条件下在可见光区光电转换效率均较纳米结构TiO2的光电转换效率有明显的提高；聚3-甲基噻吩（PMeT）与Q-CdS、Q-PbS连接的纳米结构TiO2之间存在p-n异质结。在一定条件下p-n异质结的存在有利于光生电子／空穴的分离，在本文实验条件下PMeT修饰Q-CdS、Q-PbS连接纳米结构TiO2电极最高的单色光的光电转换效率分别为11％和7％。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 太阳电池
• 1.2 纳米材料
• 1.2.1 半导体纳米微粒的基本性质
• 1.2.2 半导体纳米材料应用于纳米晶太阳电池简介
• 1.3 导电聚合物研究概况
• 1.3.1 导电聚合物应用于纳米太阳电池国内外研究现状
• 1.4 课题的国内外研究现状
• 2纳米结构太阳电池的应用研究'>1.4.1 量子点敏化TiO₂纳米结构太阳电池的应用研究
• 2纳米晶电极的应用研究'>1.4.2 量子点和染料共修饰TiO₂纳米晶电极的应用研究
• 1.4.3 量子点和导电聚合物直接制备太阳电池的应用研究
• 1.5 研究本课题的设想
• 2复合膜的光电化学研究'>第2章 量子点PbS修饰纳米结构TiO₂复合膜的光电化学研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 光电化学实验仪器与试剂
• 2.1.2 工作电极的制备
• 2.1.3 光电流的测定
• 2.2 结果与讨论
• 2.3 本章小结
• 2复合膜的光电化学研究'>第3章 量子点CdS修饰纳米结构TiO₂复合膜的光电化学研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 光电化学实验仪器与试剂
• 3.1.2 工作电极的制备
• 3.2 结果与讨论
• 3.3 本章小结
• 2膜的光电化学研究'>第4章 聚3-甲基噻吩修饰量子点PbS连接纳米结构TiO₂膜的光电化学研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 仪器与设备
• 4.1.2 工作电极的制备
• 4.2 结果与讨论
• 4.3 本章小结
• 2膜的光电化学研究'>第5章 聚3-甲基噻吩修饰量子点CdS连接纳米结构TiO₂膜的光电化学研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 仪器与设备
• 5.1.2 工作电极的制备
• 5.2 结果与讨论
• 5.3 本章小结
• 2膜的光电性能比较'>第6章 聚3-甲基噻吩修饰Q-PbS、Q-CdS连接纳米结构TiO₂膜的光电性能比较
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 仪器与试剂
• 6.1.2 工作电极的制备
• 6.1.3 光电流的测定
• 6.2 结果与讨论
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢