碳纳米管/酞菁铜修饰的镀银光伏纤维的制备及表征

摘要

能源供应是21世纪人类面临的最紧迫的问题之一，与矿物能源，风能，地热，生物能源等资源相对，太阳能具有易获取、取之不尽、无偿使用、安全和对环境友好等特点。太阳能可以转换成热能和电能，能够为人类提供最为清洁的能源来源，近几十年来，太阳能电池因可直接将太阳辐射转换成电能而广受关注。但是传统的太阳能电池具有不易折叠，污染严重等缺点。而近年来，随着材料学和电子工业的发展，智能纺织品成为纺织前沿技术领域的热点研究课题，开发具有更多功能的智能纺织品已经成为国际服装纺织品市场的一个竞争点。因此，以聚合物纤维和膜为载体制备的柔性光伏制品，使光伏融入智能穿戴，对于开发新型智能服装意义重要。本文探讨了一种新型染料敏化光伏纤维制备过程，借助金属酞菁作为电子受体同碳纳米管进行共价键组装，与镀银纤维电极共同组装成光伏纤维。
　　本文先对多壁碳纳米管进行氧等离子改性处理，然后将其与合成的氨基化的酞菁铜共价结合制成复合物。采用XPS探究了氧等离子处理时间和功率对碳纳米管表面改性的影响，红外光谱和电化学工作站研究了碳纳米管和酞菁铜掺杂比例对复合物光电性能的影响。结果表明当处理时间为15min时，处理功率为20W时，碳纳米管表面接枝率最大，为7.9％。复合物在可见光和紫外区都有很好的吸收。掺杂比例会对复合物的能带结构产生影响，当MWCNTs的掺杂比例是40％时，带隙最小，为1.63eV。
　　选取涤纶纤维为基底，采用化学镀的方法制备碳纳米管/酞菁铜修饰的镀银光伏纤维。并且研究了反应液中AgNO3和NaOH浓度对光伏纤维增重率和导电性能的影响。结果表明制备的光伏纤维的直径75μm，相对于未处理的涤纶纤维直径有了明显的增大。随着AgNO3浓度的增加，纤维表面增重率和电导率都呈现先升高再下降的趋势。NaOH的浓度会影响溶液的酸碱性能，进而影响化学镀的效果。当NaOH浓度为2.2g/L时，织物增重率达到18.8％，表面电阻达到最大值，为7.78×10-4 s/cm，此时银镀层质量最好。NaOH的浓度过高或者过低都不利于光伏纤维的性能。电化学工作站和荧光光谱分析表明光伏纤维的电子空穴的传输得到明显的改善。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．1．1 光伏电池形状

1．1．2 光伏材料的种类

1．2 酞菁铜-碳纳米管光伏材料的研究进展

1．2．1 酞菁铜的结构与性能研究

1．2．2 碳纳米管的结构与性能研究

1．2．3 金属酞菁和碳纳米管的结合方法

1．3 聚合物基电极的制备与光伏结构

1．3．1 聚合物电极制备方法

1．3．2 光伏结构分类

1．4 课题研究的目的和意义

1．5 论文的章节安排和内容提要

第二章 氨基化酞菁铜的制备及光电性能表征

2．1 实验仪器与试剂

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验仪器

2．2 实验方法和步骤

2．3 实验结果与分析

2．3．1 红外吸收光谱分析

2．3．2 紫外吸收光谱分析

2．3．3 电化学工作站分析

2．4 本章小结

第三章 碳纳米管-酞菁铜复合材料的制备及参数优化

3．1 碳纳米管改性处理

3．1．1 氧等离子处理时间

3．1．2 氧等离子处理功率

3．1．3 结论

3．2 碳纳米管-酞菁铜复合材料的制备

3．2．1 实验方法和步骤

3．2．2 扫描电镜分析

3．2．3 红外光谱分析

3．2．4 紫外光谱分析

3．2．5 电化学工作站分析

3．2．6 结论

第四章 光伏纤维的制备及性能表征

4．1 实验仪器与试剂

4．2 实验方法和步骤

4．2．1 涤纶纤维前处理

4．2．2 光伏纤维制备工序

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 结构和表面形貌

4．3．2 纤维断裂强力分析

4．3．3 导电性能和增重率的分析

4．3．4 光伏纤维电子传输效率分析

4．3．5 光伏原理的机理分析

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 不足与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢