基于Si/PEDOT杂化核/壳纳米线阵列光化学制氢电池及太阳能电池的研究

摘要

利用太阳能电池与光电化学电池直接将太阳光转化为电能或氢能是解决未来能源枯竭、温室效应及环境污染的一个重要途径。本论文主要研究了基于硅/聚3，4-乙撑二氧噻吩(Si/PEDOT)杂化核/壳纳米线阵列在光化学电池制氢及太阳能电池领域中的效用，并深入分析了纳米尺寸效应和界面效应对载流子的分离、迁移、复合等基元过程的影响。主要结果如下:
　　 (1)采用成本低廉、简单易行的银粒子辅助湿化学蚀刻法刻蚀硅纳米线阵列，并通过气相聚合3，4-乙撑二氧噻吩(EDOT)在高密度纳米线阵列上正投影地制备PEDOT薄膜，形成Si/PEDOT杂化核/壳纳米线阵列结构。该结构具有很好的减反射性能，在吸收波长范围内反射率低于1％，为随后光电转换器件的性能的提高提供了可靠的实验依据。
　　 (2)研究了Si/PEDOT杂化核/壳纳米线阵列作为光电阳极的电化学制氢性能。PEDOT薄膜作为多功能层包覆硅纳米线起到抗腐蚀作用，并有效收集光生空穴及催化水的氧化反应。引入氨基硅烷修饰硅纳米线表面提高了PEDOT薄膜的粘附性，使光电极展现出更好的光响应性及电化学稳定性。通过调控纳米线长度，我们得出:界面载流子复合损失与表面催化光解水氧化反应的竞争关系是影响杂化电极光电催化活性的关键因素。
　　 (3)制备了基于有机/无机杂化的Si/PEDOT核/壳纳米线阵列太阳能电池.相对平面结构Si/PEDOT太阳能电池，Si/PEDOT杂化核/壳结构太阳能电池的能量转换效率提升了7倍，达到3.23％。对比分析反射光谱、I-V曲线及外量子效率的实验结果，发现Si/PEDOT杂化核/壳纳米线阵列太阳能电池性能改进的主要原因可归结为:气相聚合法能够有效地制备出Si/PEDOT电池的核/壳纳米线阵列结构，使得器件具有高光捕获、高比结面积和高电荷收集效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 光化学制氢电池概述

1．2．1 光化学制氢电池的研究背景

1．2．2 光电化学电池制氢反应原理

1．2．3 光化学制氢电池的相关性质

1．3 太阳能电池概述

1．3．1 太阳能电池的研究背景

1．3．2 太阳能电池的机理及相关参数

1．4 一维半导体纳米材料概述

1．4．1 一维半导体纳米材料概述

1．4．2 一维硅纳米线阵列的制备

1．5 PEDOT导电聚合物概述

1．6 本课题的选题背景和研究内容

参考文献

第二章 Si／PEDOT杂化核／壳纳米线阵列的制备及表征

2．1 引言

2．2 Si纳米线阵列的制备

2．2．1 实验材料

2．2．2 硅纳米线阵列的制备过程

2．3 Si／PEDOT杂化核／壳纳米线阵列的制备

2．3．1 实验材料及仪器

2．3．2 Si／PEDOT样品的制备过程

2．3．3 APS修饰的Si-APS／PEDOT核／壳纳米线阵列的制备

2．4 基于硅纳米线系列样品的表征

2．4．1 仪器设备

2．4．2 硅纳米线系列样品的形貌表征

2．4．3 硅纳米线系列样品的减反射性能

2．5 本章小结

参考文献

第三章 Si／PEDOT杂化核／壳纳米线阵列光电阳极的制备及其光电化学制氢性质研究

3．1 引言

3．2 Si／PEDOT杂化光化学电池阳极的制备与性能表征

3．2．1 电极的制备

3．2．2 电化学特性描述

3．3 结果与讨论

3．3．1 电化学I-V特性测试

3．3．2 电化学稳定性测试

3．3．3 纳米尺寸效应对电化学制氢性能的影响

3．4 本章小结

参考文献

第四章 Si／PEDOT核／壳纳米线阵列杂化太阳能电池的制备及其光伏特性研究

4．1 引言

4．2 Si／PEDOT杂化太阳能电池的制备与性能表征

4．2．1 电池的制备

4．2．2 电池的性能表征

4．3 结果与讨论

4．4 本章小结

参考文献

第五章 结论

致谢

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