龙胆紫对二氧化钛光电子跃迁的影响研究

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摘要：本文为了研究染料敏化太阳能电池，将钛箔作为阳极, 采用电化学方法合成了纳米TiO2，研究了在离子液体[BMIm]PF6及I2-KI- [BMIm]PF6中龙胆紫@TiO2的电子传递行为，阐述了在离子液态[BMIm]PF6及I2-KI- [BMIm]PF6中的龙胆紫@TiO2的光电效应，研究表明龙胆紫对纳米TiO2光电子跃迁具有促进作用。60909

毕业论文关键词：TiO2纳米阵列管，I2-KI- [BMIm]PF6，龙胆紫，光电效应

Abstract: For study on the dye-sensitized solar cells (DSSCs) in this paper nano TiO2 was prepared by electrochemical method using titanium foil as a anode, and the electron transfer behavior of gentian violet @TiO2 in ionic liquids [BMIm]PF6 and I2-KI- [BMIm]PF6 were investigated by cyclic voltammetry, respectively. Furthermore, the photoelectric effect of gentian violet@TiO2 nanotubes in liquid [BMIm]PF6 and I2-KI- [BMIm]PF6 was studied, respectively. The results show that the gentian violet can improve the photoelectron transition of nano TiO2.

Keywords：TiO2 nano tube array, I2-KI- [BMIm]PF6, Gentian violet, photoelectric efficiency

1 前言 3

2 实验材料和方法 4

2.1 实验试剂 4

2.2 实验仪器 4

2.3 实验方法 4

3 结果与讨论 4

3.1 龙胆紫的吸收曲线 4

3.2 纳米TiO2的SEM和EDS 5

3.3 纳米TiO2的XRD 7

3.4 不同电极在[BMIm]PF6中的循环伏安曲线 7

3.5 龙胆紫@TiO2电极在I2-KI- [BMIm]PF6的CV 8

3.6 龙胆紫@TiO2 /I2-KI- [BMIm]PF6电池的光电效应 10

结论 12

参考文献 13

致谢 14

1 前言

在人类文明的发展过程中，人类不断地从自然界索取适合生存和发展的各种能源。现在，世界每年的能源消耗量大约是4.7×1020J，在接下来的25年中，这个数值有希望以年均2%的速度增长，常规能源（煤，石油，天然气等）因日趋枯竭出现能源危机。发展清洁、可持续的能源是当今社会的当务之急。太阳能是环境友好清洁能源之一，光伏电池的研究是太阳能利用的关键。但目前光伏电池所提供的能源仅占世界能源0.04％，迫切需要改善现有的技术和体系，越来越多的实验研究已经转移到了发展高效的光电转换装置。

太阳能电池可以分为两大类：无机太阳能电池和有机太阳能电池。无机太阳能电池分为无机化合物半导体太阳能电池和硅晶片太阳能电池；有机太阳能电池分为染料敏化太阳能电池、有机高分子太阳能电池、有机小分子太阳能电池和有机无机掺杂体系太阳能电池。文献综述

染料敏化太阳电池（DSSCs）是一种再生型太阳能电池。电池主要是由电解质、纳米多孔薄膜电极、光敏化剂和导电基底组成的夹心状结构：（a）电解质：由于电解质有多种形态，将其分为液态电解质、准固态（溶胶-凝胶）电解质和固态电解质。其中液态电解质常温下是液态，由于其扩散速率较快、Ti02薄膜浸润性良好、光电转化效率高、组成成分设计和调节较易被广泛研究。电解质很大程度的影响了电池的稳定性及光电转换效率。常用的液态电解质主要由氧化还原电对、添加剂、有机溶剂3个部分组成 [1]。 (b)纳米多孔薄膜电极：薄膜材料主要集中在对Ti02的研究，同时其它可以作为光阳极的还有Sn02、ZnO、NiO、CdS、Al2O3、Fe203、Nb205、W03、Ta205等 [2-4]。二氧化钛在自然界中主要有金红石型、板钛矿型和锐钛矿型三种晶体结构，而金红石型和锐钛矿型均具有催化活性。研究发现锐钛矿型比金红石型的光催化性能要好，其Ti02的禁带较宽（3.2 eV），可吸收380nm以内波段的紫外光，是一种非常理想的光阳极材料[5-6]。(c)光敏化剂：由于Ti02半导体的禁带宽度相当于紫外区的能量，无法直接用于太阳能的转化，因此利用与宽带隙半导体的导带和价带能量匹配的染料，将其吸附在Ti02纳米阵列管薄膜上，有效地吸收太阳光并收集、传输电子。因此，染料敏化太阳电池的光利用率和光电转换效率主要取决于光敏染料分子。(d) 导电基底：作为DSSC中的基底材料必须是电子的良好导体、至少有一面基底材料透光性良好、能支撑DSSC主体形成一个密封稳定的装置。所用导电基底材料的透光率必须大于80％。从材料种类来分，目前主要有三种：透明导电玻璃、导电塑料、金属基底。