負(fù)載于碳納米管的二氧化鈦光催化吡咯聚合及光電轉(zhuǎn)換薄膜的制備研究.pdf

1、隨著全球?qū)δ茉葱枨蟮娜找嬖黾樱汀⒚禾?、天然氣等傳統(tǒng)能源已經(jīng)不能滿足人類發(fā)展的需要，對(duì)再生能源的有效利用成為亟待解決的問題。在各種可再生的能源中，太陽(yáng)能是取之不盡的能源。因此，高效價(jià)廉、能大面積制造的光伏電池的研發(fā)具有重要的戰(zhàn)略意義。目前，幾乎所有商品化的太陽(yáng)能電池都由硅或無機(jī)化合物半導(dǎo)體制成，然而其成本高、毒性強(qiáng)、不易柔性加工且資源有限等缺點(diǎn)限制了其推廣。而導(dǎo)電聚合物同時(shí)具有無機(jī)半導(dǎo)體的光電特性和金屬的導(dǎo)電性，并且柔韌易加工、生產(chǎn)成

2、本低、可以大面積制備。因而聚合物光伏電池是目前世界研究的熱點(diǎn)。目前功能聚合物/半導(dǎo)體納米復(fù)合材料型光伏電池是重要的發(fā)展方向之一。由于低遷移率和低吸光率，以及給體材料和受體材料界面性質(zhì)不夠理想等原因，目前聚合物光伏電池的性能仍然無法與傳統(tǒng)硅系電池及無機(jī)化合物電池相比。因此進(jìn)一步提高聚合物的導(dǎo)電率，改善聚合物的成膜技術(shù)，優(yōu)化器件的制作工藝是制備高效光伏電池急待解決的問題。
　　半導(dǎo)體光催化聚合是一種新型的聚合方法，它由半導(dǎo)體納米粒子在

3、光激發(fā)的條件下直接引發(fā)合成聚合物，原位合成納米復(fù)合材料。納米粒子由于直接參與了聚合反應(yīng)而與聚合物之間存在較強(qiáng)相互作用，界面性質(zhì)得到改善。這就克服了普通復(fù)合材料中納米粒子與聚合物只是物理接觸、界面性質(zhì)差的缺點(diǎn)，使得該材料制備的光電器件中光生電子和空穴能夠有效分離，從而提高器件的光電轉(zhuǎn)換性能。導(dǎo)電高分子聚吡咯不僅空氣穩(wěn)定性好，且導(dǎo)電率高，是優(yōu)良的空穴傳輸材料。半導(dǎo)體TiO2不僅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)具有優(yōu)異的光催化活性及電子傳輸性能。<

4、br>　　本課題采用溶膠-凝膠法在低溫下制備了碳納米管負(fù)載的銳鈦礦晶型TiO2半導(dǎo)體納米晶水溶膠，并以之在紫外光照下催化吡咯聚合，制備了聚吡咯/TiO2/CNT三元復(fù)合材料，將之制備為光電轉(zhuǎn)換薄膜并研究了其光電性能和電荷轉(zhuǎn)移。本課題的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　采用改良的溶膠-凝膠法在低溫(100℃)下制備了碳納米管負(fù)載的TiO2半導(dǎo)體納米晶水溶膠。XRD測(cè)試結(jié)果表明，TiO2粒子為銳鈦礦晶型。Raman光譜表明TiO2與CNT之間

5、有較強(qiáng)相互作用，使CNT的拉曼光譜特征峰出現(xiàn)了藍(lán)移以及峰強(qiáng)度變化。
　　1、通過光催化聚合在CNT-TiO2復(fù)合物表面原位聚合吡咯，制備了CNT-TiO2-PPy納米復(fù)合材料。紫外-可見吸收光譜表明CNT的引入擴(kuò)展了復(fù)合材料在可見光區(qū)的吸收，說明復(fù)合材料能夠更好地利用太陽(yáng)能。
　　2、通過穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熒光光譜分析，證實(shí)了TiO2與CNT界面之間以及TiO2與PPy界面之間的光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移過程。XPS與ESR的結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了該