EIS方法研究TiO薄膜光阳极界面电荷传输

摘要

本论文中，我们首先制备了一系列的TiO<,2>膜电极，利用EIS(ElectrochemicalAC-Impedance Spectroscopy简称EIS法)研究了外加不同偏压对TiO<,2>的能带弯曲及界面电荷传输的影响；其次测试了不同TiO<,2>膜电极的Mott-Schottky曲线，并计算了半导体的平带电位及空间电荷层的载流子浓度；最后，利用EIS法研究了染料敏化TiO<,2>纳米晶太阳能电池(DSSC)的光电性能，探讨了光强、对电极制备条件、电解质溶液的组成及TiO<,2>薄膜厚度等参数对DSSC界面电荷转移的影响。 实验结果表明，在以导电玻璃(ITO)为基底的TiO<,2>膜电极上，当外加正偏压时，TiO<,2>与电解质及ITO之间形成的空间电荷层的能带弯曲增大，在电解质界面处的带弯增大有利于光生电子一空穴的分离，而ITO与TiO<,2>间的空间电荷层带弯的增大则不利于电子从TiO<,2>向ITO的迁移，因此在外加正偏压下阻抗弧较大。而在外加负偏压下，情况恰恰相反。对DSSC的阻抗研究发现，阻抗谱中含有三个弧，分别是高频处的Pt｜电解质溶液的界面电荷转移、中频处的TiO<,2>薄膜｜电解质溶液界面电荷转移及低频处的I<'->/I<,3><'->氧化还原电对在电解质溶液的扩散。电池的各部分是相互联系的有机整体，任何一个部分的变化势必影响到其它部分随之发生变化，在交流阻抗谱中表现为阻抗弧的变化。通过阻抗的测试，可以提供更多的面的电荷转移的信息，为进一步提高电池的光电性能提供理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2“固体/溶液”界面理论概述

1.2.1固/液界面上的双电层

1.2.2暗态下的“半导体/溶液”界面

1.2.3光照下的“半导体/溶液”界面

1.3基底与TiO2之间形成的双电层

1.4 TiO2简介

1.4.1 TiO2的晶型

1.4.2 TiO2薄膜的制备

1.4.3 TiO2的应用

1.5染料敏化纳米晶薄膜太阳能电池的研究概述

1.5.1光电转换材料研究进展

1.5.2染料敏化纳米晶薄膜太阳能电池的结构

1.5.3染料敏化纳米晶薄膜太阳能电池的工作原理

1.5.4电化学交流阻抗在染料敏化太阳能电池方面的应用

1.6选题背景及国内外研究现状

1.7课题来源

1.8本课题研究的主要内容

第2章实验材料、条件及实验方法

2.1实验试剂和仪器

2.1.1实验试剂

2.1.2实验仪器及设备

2.2材料表征

2.3基片的清洗方法

2.3.1 ITO玻璃的清洗

2.3.2 FTO玻璃的清洗

2.4纳米TiO2薄膜电极的光电性能测试

2.4.1二氧化钛膜电极三电极体系阻抗的测试

2.4.2染料敏化太阳能电池阻抗的测试

2.4.3 Ⅰ-Ⅴ曲线测试

2.4.4光电流工作谱测试

2.5 Ⅰ-Ⅴ曲线的方法原理

2.6 IM6e电化学工作站测试

2.6.1 EIS原理

2.6.2交流阻抗谱测试装置

2.6.3 FRD工作原理

第3章二氧化钛膜电极的EIS研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1不同纳米TiO2薄膜电极的制备

3.2.2 TiO2纳米粒子的表征

3.2.3二氧化钛膜电极三电极体系交流阻抗的测试

3.2.4 Mott-Schottky曲线测试

3.3实验结果与讨论

3.3.1 TiO2粉体的XRD图分析

3.3.2 TiO2薄膜电极的交流阻抗谱研究

3.3.4二氧化钛薄膜电极的Mott-Schottky曲线测试分析

3.4本章小结

第4章染料敏化二氧化钛膜的EIS研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1多孔TiO2纳米晶分散体系制备

4.2.2苝-二(氨基乙酸)-二酰亚胺(PTDG)的制备

4.2.3染料敏化纳米晶多孔TiO2薄膜电极的制备

4.2.4样品的表征

4.3结果与讨论

4.3.1多孔TiO2粉体的XRD

4.3.2多孔TiO2的比表面积测试分析(BET)

4.3.3 PTDG敏化多孔TiO2薄膜电极的光电性能研究

4.3.4不同染料敏化TiO2膜电极的光电性能研究

4.4本章小结

第5章N719敏化TiO2太阳能电池的EIS研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1染料敏化TiO2工作电极的制备

5.2.2染料敏化太阳能电池的组装

5.2.3交流阻抗谱测试

5.2.4 Ⅰ-Ⅴ曲线测试

5.3实验结果与讨论

5.3.1光强的影响

5.3.2铂电极的制备方法对催化性能的影响

5.3.3 TiO2薄膜厚度对染料敏化太阳能电池的光电性能影响

5.3.4电解液中I2浓度对染料敏化太阳能电池的影响

5.3.5电解质溶液中阳离子添加剂的影响

5.3.6 ITO和FTO基底对电池的影响

5.4本章小结

第6章苝系染料敏化TiO2电池的EIS研究

6.1引言

6.2实验部分

6.2.1染料的制备

6.2.2染料敏化太阳能电池的组装

6.2.3交流阻抗谱测试

6.2.4光电流工作谱测试

6.3结果与讨论

6.3.1对称苝二(氨基酸)二酰亚胺系列敏化电池的阻抗分析

6.3.2非对称N-丁基-苝四羧酰胺单酐系列敏化电池的阻抗分析

6.4本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文