论文题目: 染料敏化复合氧化物纳米晶电极的光电化学性质研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 物理化学
作者: 刘兆阅
导师: 白玉白
关键词: 太阳能电池,复合电极,染料敏化,光电性质,纳米晶
文献来源: 吉林大学
发表年度: 2005
论文摘要: 太阳能的利用是一个永恒的课题。染料敏化纳米晶光电化学电池以其低成本和高效率而成为硅太阳能电池的有力竞争者。本论文在成功构筑了染料敏化TiO2 光电化学电池后,重点研究了复合氧化物纳米晶电极对光电化学池中光生电子与空穴复合的抑制,从而为制备高效率的太阳能电池提供一定的实验和理论基础。主要内容包括: 采用Doctor-blade 方法制备了纳米TiO2多孔膜电极,以汞溴红作为敏化剂对其进行光敏化。详细研究了敏化电极在不同外加电位和不同方向入射光照射下的瞬态光电流性质和伏安性质。并结合吸收光谱,电化学,光电化学以及电荷转移理论,讨论了染料敏化TiO2纳米晶电极光电流产生的机理。这些工作为光电化学电池原型器件的组装奠定实验基础。以明星染料-联吡啶钌（II）为敏化剂,组装了染料敏化TiO2纳米晶光电化学电池原型器件。并对其工作性能进行了测试。原型器件的光电转换效率为5.0%。同时,运用表面光电压谱和场诱导表面光电压谱对电极制备过程中加入的表面活性剂所产生的杂质能级对光生电荷传输性能的影响进行了研究。采用TiO2和SnO2的混合体系来制备TiO2/SnO2复合电极,对其光电性质进行了研究。当TiO2和SnO2的重量百分比为1:1时,复合电极的IPCE值达到最佳。我们对复合电极中光生电子转移的机理以及复合电极的能带结构进行了讨论。制备了SnO2/TiO2复合纳米晶电极光电化学池原型器件,对其光电性质及光生电子传输机理进行了研究。在SnO2/TiO2复合电极的表面沉积一层超薄的Al2O3层可以进一步抑制光生电子与空穴的复合,从而将光电化学池的转换效率提高约37%。构筑了汞溴红敏化的ZnO 光电化学电池,在522 nm 单色光下,其入射光子到电子的转换效率为41.9%。采用SnO2和ZnO 的纳米复合物制备复合纳米晶电极来抑制电池中光生电荷的复合。并对电极的结构以及光生电子在SnO2/ZnO 复合纳米晶电极中的传输过程进行了讨论。
论文目录:
第一章 前言
第一节 光电化学太阳能电池的发展
第二节 半导体的电子性质
1.2.1 带边位置
1.2.2 空间电荷层和带弯
1.2.3 平带电位
1.2.4 半导体的光致电荷分离
第三节 染料敏化纳米晶光电化学电池的结构
1.3.1 纳米晶半导体电极
1.3.1.1 纳米晶半导体电极的特点
1.3.1.2 纳米晶半导体电极的制备
1.3.1.3 纳米晶半导体电极的光致电荷分离
1.3.1.4 核壳/混合半导体电极对光生电荷复合的抑制
1.3.2 敏化剂
1.3.2.1 敏化剂的特点
1.3.2.2 敏化剂在半导体电极表面的吸附
1.3.2.3 多吡啶钌络合物敏化剂
1.3.2.4 有机染料敏化剂
1.3.2.5 窄带隙半导体敏化剂
1.3.3 电解质
1.3.3.1 液体电解质
1.3.3.2 空穴传输材料
1.3.3.3 p-型半导体材料
1.3.3.4 高分子凝胶电解质
1.3.3.5 室温离子液体电解质
第四节 染料敏化纳米晶光电化学电池的工作原理
第五节 本论文的立题思想及工作内容
参考文献
第二章 染料敏化TiO_2纳米晶膜电极的光电性质
第一节 TiO_2 纳米粒子的水热合成及表征
2.1.1 实验部分
2.1.1.1 试剂与仪器
2.1.1.2 水相TiO_2胶体的水热合成
2.1.2 TiO_2 纳米晶的XRD 表征
第二节 TiO_2 纳米晶电极的制备及敏化
2.2.1 染料敏化的TiO_2 纳米晶电极的制备
2.2.2 染料在TiO_2 纳米晶电极上的吸收光谱
2.2.3 染料与TiO_2 相互作用的红外光谱
第三节 染料敏化TiO_2纳米晶电极的光电化学性质
2.3.1 光电化学测试系统
2.3.2 染料的电化学性质
2.3.3 染料敏化TiO_2 纳米晶电极的光电化学性质
2.3.3.1 瞬态光电流性质
2.3.3.2 伏安特性
2.3.3.3 光电流谱性质
2.3.4 染料敏化TiO_2 纳米晶电极光电流产生的机理
本章小结
参考文献
第三章 染料敏化 TiO_2 纳米晶光电化学电池原型器件
第一节 染料敏化TiO_2纳米晶光电化学电池原型器件的构筑
3.1.1 TiO_2 醇溶胶的合成与表征
3.1.1.1 试剂与仪器
3.1.1.2 TiO_2 醇溶胶的合成
3.1.1.3 TiO_2溶胶的XRD 和TEM 表征
3.1.2 TiO_2 纳米晶电极的制备与表征
3.1.2.1 试剂与仪器
3.1.2.2 电极的制备与表征
3.1.3 染料敏化TiO_2 纳米晶光电化学电池原型器件的组装
3.1.3.1 化学试剂
3.1.3.2 光电化学电池原型器件的组装
第二节 光电化学电池的性能评价参数
3.2.1 电池的性能参数
3.2.2 电池性能测试系统
第三节 染料敏化TiO_2纳米晶光电化学电池的性能
3.3.1 染料的紫外-可见吸收光谱
3.3.2 光电化学池的光电流作用谱
3.3.3 光电化学电池的电流-电压曲线
第四节 电极中杂质能级对光生电荷传输性能的影响
3.4.1 TiO_2 水溶胶的合成及电极的制备
3.4.1.1 试剂与药品
3.4.1.2 TiO_2 水溶胶的合成
3.4.1.3 TiO_2 纳米晶电极的制备和敏化
3.4.2 表面活性剂对电池I-V 曲线的影响
3.4.3 表面活性剂对TiO_2 光生电荷传输与复合的影响
3.4.4 由表面活性剂引起的杂质能级的确定
3.4.5 染料敏化 TiO_2 电极中的杂质态能级在电荷转移过程中的角色
本章小结
参考文献
第四章 染料敏化TiO_2/SnO_2复合纳米晶电极的光电性质
第一节 SnO_2 纳米晶的水热合成及表征
4.1.1 实验部分
4.1.1.1 试剂与仪器
4.1.1.2 SnO_2 纳米晶的水热合成
4.1.2 SnO_2纳米晶的XRD,TEM 和SPS 表征
第二节 染料敏化TiO_2/SnO_2复合纳米晶电极的光电化学性质
4.2.1 试剂与仪器
4.2.2 复合纳米晶电极的制备及敏化
4.2.3 染料敏化的复合纳米晶电极的光电化学性质
4.2.3.1 吸收光谱
4.2.3.2 TiO_2/SnO_2 混合比例对敏化的复合电极的瞬态光电流的影响
4.2.3.3 复合电极光电流与外加偏压的关系
第三节TiO_2/SnO_2复合纳米晶电极的能带结构
4.3.1 光谱电化学实验及原理
4.3.2 TiO_2和SnO_2电极的光谱电化学性质
4.3.3 TiO_2/SnO_2 复合电极的光谱电化学性质及能级结构的确定
本章小结
参考文献
第五章 染料敏化Al_2O_3包覆的TiO_2/SnO_2复合纳米晶光电化学池
第一节 染料敏化SnO_2/TiO_2复合纳米晶光电化学电池的性能研究
5.1.1 仪器与测试
5.1.2 SnO_2/TiO_2 复合纳米晶电极的制备
5.1.3 SnO_2/TiO_2 复合纳米晶电极的表征
5.1.4 染料敏化SnO_2/TiO_2 复合纳米晶光电化学电池的工作性能
5.1.4.1 SnO_2和TiO_2混合比例对电池性能的影响
5.1.4.2 复合纳米晶电池的光电压谱
5.1.4.3 复合电池的暗电流性质
5.1.5 染料敏化SnO_2/TiO_2复合纳米晶电极中的光生电子传输
第二节 染料敏化Al_2O_3包覆的SnO_2/TiO_2复合纳米晶光电化学池的性能
5.2.1 试剂与药品
5.2.2 Al_2O_3 包覆的SnO_2/TiO_2 复合纳米晶电极的制备
5.2.3 Al_2O_3 包覆的SnO_2/TiO_2 复合纳米晶电极的表征
5.2.4 染料敏化Al_2O_3包覆的SnO_2/TiO_2复合纳米晶光电化学池的性能
5.2.4.1 光电化学池的组装
5.2.4.2 Al_2O_3 层对电池工作性能的影响
5.2.4.3 Al_2O_3 层对电池暗电流的影响
5.2.4.4 外加电位对电池输出电流的影响
5.2.5 染料敏化Al_2O_3 包覆的SnO_2/TiO_2 复合纳米晶电极的电荷转移过程
本章小结
参考文献
第六章 染料敏化 ZnO/SnO_2 复合纳米晶光电化学电池
第一节 ZnO 纳米晶光电化学池的性能
6.1.1 ZnO 溶胶的合成
6.1.1.1 试剂与仪器
6.1.1.2 ZnO 溶胶的合成与表征
6.1.2 ZnO 纳米晶电极的制备
6.1.3 ZnO 纳米晶光电化学池的性能
6.1.3.1 光电化学池的组装
6.1.3.2 ZnO 电池的电流-电压曲线
第二节 染料敏化 ZnO/SnO_2 复合纳米晶光电化学电池的性能
6.2.1 复合纳米晶电极的制备
6.2.2 复合 SnO_2/ZnO 电极表征
6.2.3 SnO_2/ZnO 复合纳米晶光电化学池的光电性质
6.2.4 复合纳米晶光电化学池的光电压谱
第三节 SnO_2/ZnO 异质结对光生电荷复合的抑制
6.3.1 SnO_2/ZnO 异质结的光致电荷分离
6.3.2 SnO_2/ZnO 异质结对光电化学池的暗电流的抑制
6.3.3 光生电子在 SnO_2/ZnO 复合纳米晶电极中的传输过程
本章小结
参考文献
致谢
作者简历
中文摘要
英文摘要
发布时间: 2005-08-26
参考文献
- [1].半导体材料的界面调控及其光电化学性能研究[D]. 陈奉娇.苏州大学2017
- [2].α-Fe2O3电极的水热法制备及其光电化学性能研究[D]. 曹大鹏.南京大学2014
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- [4].TiO2多级纳米阵列结构的制备及其在光电化学紫外探测器中的应用[D]. 王有庆.兰州大学2016
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- [6].硅纳米结构阵列的制备及其光电化学性能研究[D]. 季久玉.大连理工大学2014
- [7].基于纳米结构硅异质结光电化学电极的设计制备及界面调控[D]. 崔巍.苏州大学2016
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相关论文
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