聚噻吩衍生物—无机物纳米复合材料的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】主链含有共轭大π键的导电聚合物材料由于在现代光电子、微电子领域中广泛应用而倍受学术界和产业界重视。聚噻吩衍生物与无机物形成有机无机杂化复合材料,由于无机物的引入改善其原有性能,更重要的是由于纳米效应以及聚噻吩与无机物之间的协同作用,使得复合材料具有优于单一组分的性能甚至展示出新的功能性。染料敏化太阳能电池成为当今太阳能电池研究的热点。本论文成功合成了几种聚噻吩衍生物-无机物纳米复合材料,测试了复合物的结构并表征了其光电性能,开创性的将其应用于染料敏化太阳能电池,讨论了染料能级和改性二氧化钛光阳极能级匹配的关系。主要工作如下：1、溶胶凝胶法结合超临界流体干燥法制备了纳米二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铁(Fe203),沉淀法制备了硫化镉(CdS)；2、化学氧化法结合真空干燥法合成聚3-辛基噻吩(P3OT)、聚3-癸基噻吩(P3DT)、聚3-十二烷基噻吩(P3DDT)和聚3-甲氧基噻吩(PMOT);3、超声复合法制得了聚3-辛基噻吩/二氧化钛(P3OT/TiO2)和聚3-十二烷基噻吩/二氧化钛(P3DDT/TiO2)纳米复合材料；原位聚合法制得了聚3-辛基噻吩/二氧化钛(P3OT/TiO2)、聚3-辛基噻吩/氧化锌(P3OT/ZnO)、聚3-辛基噻吩/氧化铁(P30T/FeZO3)、聚3-辛基噻吩/硫化镉(P3OT/CdS)、聚3-辛基噻吩/二氧化钛纳米管(P3OT/TiO2NTs)、聚3-癸基噻吩/二氧化钛(P3DT/TiO2)、聚3-甲氧基噻吩/二氧化钛(PMOT/TiO2)和聚3-辛基噻吩/氧化铁/二氧化钛(P3OT/Fe2O3/TiO2)三元复合物。部分复合物作为染料应用于染料敏化太阳能电池,比单组份的聚合物敏化的太阳能电池效率明显提高；4、采用非金属元素(N、S)对纳晶Ti02阳极进行改性,Ti02阳极本身的吸光范围发生红移,达到可见光区域。使用N719和P3DT两种染料敏化后的薄膜的吸光区域覆盖整个可见光区域,采用共吸附法敏化制备的太阳能电池效率比单种染料敏化制备的太阳能电池效率明显提高；5、以光化学法将贵金属Ag和Pt以单质的形式沉积到二氧化钛光阳极表面以得到改性的纳米半导体光阳极。表面Ag和Pt可以更好更快的传导光激发染料产生的载流子,提高半导体光阳极传输光生电子的效率,最终实现太阳能电池光电转化效率的提高。
【作者】韩志跃；
【导师】张敬畅；
【作者基本信息】北京化工大学，化学工程与技术，2012，博士
【关键词】无机有机复合材料；染料敏化太阳能电池；共敏化；光阳极掺杂改性；贵金属沉积；光电转化效率；

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