Zn（Ⅱ）、La（Ⅲ）共掺杂TiO2纳米晶多孔膜电极光电化学行为研究

论文摘要

本文通过用La离子与Zn离子共同掺杂TiO2纳米晶结构多孔膜电极,以及用导电高聚物敏化0.5%Zn（Ⅱ）和0.5%La（Ⅲ）共掺杂TiO2电极,以提高TiO2纳米晶结构多孔膜电极的光电转换效率。具体工作如下: 1.以溶胶-凝胶法（水解钛酸四丁酯）制备了TiO2溶胶,并在溶胶溶液中完成了La离子与Zn离子共同掺杂。用垂直提膜法,将TiO2纳米溶胶转移到SnO2导电玻璃上,并制成纳米晶膜TiO2电极。 2.对各TiO2纳米晶多孔膜电极进行了紫外-可见吸收光谱分析和循环伏安电化学分析。结果表明La离子与Zn离子共掺杂TiO2多孔纳米晶膜电极的吸光效率以及电极中空穴-电子对参与氧化还原的能力和数目都优于未掺杂和单独掺杂Zn离子TiO2纳米晶多孔膜电极。 3.对各电极进行了光电化学测试。结果发现,当La（Ⅲ）掺杂质量百分比浓度为0.5%时,La（Ⅲ）与0.5%Zn（Ⅱ）共掺杂TiO2纳米多孔膜电极的光电流为最强,而且明显超过0.5%Zn（Ⅱ）单独掺杂TiO2纳米多孔膜电极的光电流,提高了TiO2纳米多孔膜电极光电转换效率。其机理是当Zn（Ⅱ）、La（Ⅲ）共掺杂TiO2时,稀土离子掺杂能够改变样品的光吸收率和抑制光生载流子的复合,即La（Ⅲ）掺杂对光电流提高起到了积极的作用。 4.用导电高聚物（聚吡咯和聚苯胺）敏化0.5%Zn（Ⅱ）和0.5%La（Ⅲ）共掺杂TiO2电极,该电极能使光吸收红移,提高太阳能光电转换效率。其机理是导电高聚物吸收可见光,产生电子-空穴对,光生电子注入TiO2导带,光生空穴在电极表面氧化溶液中的H2O或其它还原剂而产生光电流。

论文目录

• 第一章 文献综述
• 1.1 太阳能电池发展的意义和背景
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 传统太阳能电池的优缺点
• 1.1.2.1 固态光伏太阳能电池
• 1.1.2.2 传统液结光电化学电池
• 1.1.3 半导体纳米超微粒液体太阳能电池
• 1.1.3.1 纳米晶网络半导体电极
• 1.1.3.2 半导体纳米超微粒液体太阳能电池
• 1.1.3.2.1 NPC电池的组成结构
• 1.1.3.2.2 NPC电池的工作原理
• 1.1.3.2.3 NPC电池存在的主要问题
• 2纳米结构多孔膜制备'>1.2 TiO₂纳米结构多孔膜制备
• 2纳米结构多孔膜'>1.2.1 液相沉积法制备TiO₂纳米结构多孔膜
• 2纳米结构多孔膜'>1.2.2 溶胶-凝胶法制备TiO₂纳米结构多孔膜
• 2纳米结构多孔膜'>1.2.3 化学气相沉积法制备TiO₂纳米结构多孔膜
• 2纳米结构多孔膜'>1.2.4 热分解法制备TiO₂纳米结构多孔膜
• 2纳米结构多孔膜'>1.2.5 磁控溅射法制备TiO₂纳米结构多孔膜
• 2薄膜'>1.2.6 前驱物结晶体升华成膜法制备TiO₂薄膜
• 2纳米晶膜的光电化学研究'>1.3 TiO₂纳米晶膜的光电化学研究
• 2纳米晶膜的基本性质'>1.3.1 TiO₂纳米晶膜的基本性质
• 1.3.1.1 尺寸量子效应
• 1.3.1.2 介电限域效应
• 2纳米晶多孔膜的光电化学特性'>1.3.2 TiO₂纳米晶多孔膜的光电化学特性
• 2纳米晶膜光电化学研究'>1.4 Zn（Ⅱ）掺杂TiO₂纳米晶膜光电化学研究
• 2纳米晶结构电极'>1.5 利用导电高聚物敏化TiO₂纳米晶结构电极
• 1.5.1 导电高聚物具备作为光电敏化剂的特性
• 2／导电高聚物多孔膜电极光电转换性质的讨论'>1.5.2 TiO₂／导电高聚物多孔膜电极光电转换性质的讨论
• 2纳米晶膜电极的研究目的'>1.6 Zn（Ⅱ）、La（Ⅲ）共掺杂TiO₂纳米晶膜电极的研究目的
• 第二章 实验的理论基础及实验方法
• 2.1 理论基础
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验药品与仪器设备
• 2.2.1.1 实验药品
• 2.2.1.2 主要的实验仪器
• 2.2.2 工作电极的制备
• 2纳米微粒溶胶的制备'>2.2.2.1 TiO₂纳米微粒溶胶的制备
• 2纳米晶多孔膜电极的制备'>2.2.2.2 TiO₂纳米晶多孔膜电极的制备
• 2电极的制备'>2.2.2.3 导电高聚物敏化TiO₂电极的制备
• 2／PAn电极的制备'>2.2.2.3.1 TiO₂／PAn电极的制备
• 2／PPy电极的制备'>2.2.2.3.2 TiO₂／PPy电极的制备
• 2.2.3 光电化学实验体系
• 2.2.4 实验装置
• 第三章 实验结果及讨论
• 3.1 紫外-可见吸收光谱
• 3.2 循环伏安分析
• 2电极的光电化学性质'>3.3 未掺杂、Zn（Ⅱ）掺杂和Zn（Ⅱ）与La（Ⅲ）共掺杂TiO₂电极的光电化学性质
• 3.3.1 光电流与电位的关系
• 3.3.2 光电流与波长的关系
• 2电极光电流的关系'>3.4 La（Ⅲ）掺杂质量百分比浓度与0.5％Zn（Ⅱ）和La（Ⅲ）共掺杂TiO₂电极光电流的关系
• 2电极的光电化学性质'>3.5 导电高聚物敏化0.5％Zn（Ⅱ）和0.5％La（Ⅲ）共掺杂TiO₂电极的光电化学性质
• 2电极的光电化学性质'>3.5.1 聚吡咯敏化0.5％Zn（Ⅱ）和0.5％La（Ⅲ）共掺杂TiO₂电极的光电化学性质
• 2电极的光电化学性质'>3.5.2 聚苯胺敏化0.5％Zn（Ⅱ）和0.5％La（Ⅲ）共掺杂TiO₂电极的光电化学性质
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢