异质结界面修饰对TiO 2 /P3HT杂化太阳电池光电性能的增强作用
发布时间：2020-12-10 06:55
采用水热法在F-SnO2（FTO）导电玻璃上制备了一维TiO2纳米棒阵列,将一种两亲有机三苯胺染料M分子吸附在其表面,进而旋涂有机聚合物聚3-己基噻吩P3HT,构建结构为FTO/TiO2/M/P3HT/PEDOT:PSS/Au的杂化太阳电池.瞬态光电流谱反映在杂化电极中存在pn异质结.接触角测试表明TiO2表面吸附有机M分子后,亲水性表面转变为疏水性表面,利于与聚合物P3HT的进一步接触;稳态荧光发射光谱表明经修饰的杂化电极的荧光发射强度降低,由荧光衰减曲线拟合得到的荧光寿命降低,说明在TiO2与P3HT之间存在有效的电荷转移,电荷复合被抑制.电化学阻抗分析表明界面修饰后电子复合电阻和电子寿命增大.电池的特性参数均比界面修饰前有所提高,光电转换效率为1.61%.另外,对该电池的工作机理、电荷传输过程进行了初步探讨.
【文章来源】：化学学报. 2014年12期 第1245-1250页 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
杂化太阳电池结构示意图
用于杂化太阳电池,应该会起到改善两相材料界面接触的作用.本文即是将一种有机三苯胺染料分子2-(5-(4-(diphenyl-amino)benzylidene)-4-oxo-2-thioxothiazolidin-3-yl)aceticacid(简写为M)引入TiO2纳米棒/P3HT(聚3-己基噻吩)杂化太阳电池体系(电池结构示意图见图1),通过其对异质结界面的修饰,来改善有机、无机材料的接触性能,影响电荷产生、传输等过程,进而来改进太阳电池的性能.图1杂化太阳电池结构示意图Figure1Illustrationofthehybridsolarcelldevicearchitecture2结果与讨论2.1TiO2纳米棒电极的表征图2是制备的TiO2纳米棒阵列的SEM图像.可以看出,在FTO导电玻璃上均匀整齐地生长了一层TiO2纳米棒.将局部放大后(图2b),发现纳米棒顶端呈四方形,不圆润;棒与棒之间存在的间隙可以为后续聚合物的渗透提供空间.样品截面图显示纳米棒的长度约为2.5μm(图2c).图2水热法制备的TiO2纳米棒阵列的SEM图像(a、b俯视图;c侧视图)Figure2Top-view(a,b)andcross-sectionalview(c)SEMimagesofTiO2nanorodarraybyhydrothermalmethod图3是TiO2纳米棒电极的XRD图.除了FTO基底产生的衍射峰外,其余衍射峰位与金红石型TiO2相一致(PDFNo.21–1276).36.2°和62.9°的衍射峰分别归属于TiO2的(101)和(002)晶面,(002)衍射峰的强度大且尖锐,说明TiO2结晶良好并且是沿着c轴方向定向生长的[16].图3TiO2纳米棒阵列的XRD谱图(■表示SnO2衍射峰)Figure3XRDofTiO2nanorodarray(■referstodiffractionpeaksofSnO2)2.2瞬态光电流谱图4为TiO2、TiO2/M和TiO2/M/P3HT电极在不同波长光照射下所得到的瞬态光电流谱图.由图4a可知,在0.2V电压下,TiO2电极在330～430nm的光照范围内产生
笮?酆衔?的渗透提供空间.样品截面图显示纳米棒的长度约为2.5μm(图2c).图2水热法制备的TiO2纳米棒阵列的SEM图像(a、b俯视图;c侧视图)Figure2Top-view(a,b)andcross-sectionalview(c)SEMimagesofTiO2nanorodarraybyhydrothermalmethod图3是TiO2纳米棒电极的XRD图.除了FTO基底产生的衍射峰外,其余衍射峰位与金红石型TiO2相一致(PDFNo.21–1276).36.2°和62.9°的衍射峰分别归属于TiO2的(101)和(002)晶面,(002)衍射峰的强度大且尖锐,说明TiO2结晶良好并且是沿着c轴方向定向生长的[16].图3TiO2纳米棒阵列的XRD谱图(■表示SnO2衍射峰)Figure3XRDofTiO2nanorodarray(■referstodiffractionpeaksofSnO2)2.2瞬态光电流谱图4为TiO2、TiO2/M和TiO2/M/P3HT电极在不同波长光照射下所得到的瞬态光电流谱图.由图4a可知,在0.2V电压下,TiO2电极在330～430nm的光照范围内产生阳极光电流,并且390nm处的电流数值最大,说明TiO2为n型半导体.吸附M分子后(图4b),TiO2/M电极在0.2V电压下同样产生阳极光电流,说明有机M分子也具有n型半导体的性质;并且光响应范围拓宽至600nm左右.对于杂化膜电极(图4c),在－0.2V电压下测试其光电流,整体上可以分成两部分:330～410nm产生阳极光电流,对应于TiO2的光响应;420～650nm出现明显的阴极光电流,是有机M分子和聚合物P3HT的复合电效应,说明P3HT是p型半导体.为了进一步研究杂化膜中涉及到的界面性质,以TiO2/M/P3HT为工作电极,在490nm单色光照射下对该电极进行电流-电势线性扫描(见图4c中插图).可知,在负电势下杂化膜电极可以产生阴极光电流,而在正电势下则产生阳极光电流,曲线的走势表现出典型的p-n结整流特性.由此可以判定,在p型
【参考文献】：
期刊论文
[1]杂化太阳电池中异质结界面的修饰及其对电池光电性能的影响[J]. 裴娟,郝彦忠,孙宝,李英品,范龙雪,孙硕,王尚鑫. 物理化学学报. 2014(03)
[2]P3HT与CdTe纳米枝晶p-n异质结敏化ZnO纳米管阵列的光电化学研究[J]. 郝彦忠,范龙雪,孙宝,孙硕,裴娟. 化学学报. 2014(01)
[3]P3HT/CdS/TiO2/ZnO一维有序核壳式纳米棒阵列的构制及其在杂化太阳电池中的应用研究[J]. 郝彦忠,曹寅虎,孙宝,张彦辉,李英品,徐东升,李香玲. 化学学报. 2012(10)
本文编号：2908273
【文章来源】：化学学报. 2014年12期 第1245-1250页 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
杂化太阳电池结构示意图
用于杂化太阳电池,应该会起到改善两相材料界面接触的作用.本文即是将一种有机三苯胺染料分子2-(5-(4-(diphenyl-amino)benzylidene)-4-oxo-2-thioxothiazolidin-3-yl)aceticacid(简写为M)引入TiO2纳米棒/P3HT(聚3-己基噻吩)杂化太阳电池体系(电池结构示意图见图1),通过其对异质结界面的修饰,来改善有机、无机材料的接触性能,影响电荷产生、传输等过程,进而来改进太阳电池的性能.图1杂化太阳电池结构示意图Figure1Illustrationofthehybridsolarcelldevicearchitecture2结果与讨论2.1TiO2纳米棒电极的表征图2是制备的TiO2纳米棒阵列的SEM图像.可以看出,在FTO导电玻璃上均匀整齐地生长了一层TiO2纳米棒.将局部放大后(图2b),发现纳米棒顶端呈四方形,不圆润;棒与棒之间存在的间隙可以为后续聚合物的渗透提供空间.样品截面图显示纳米棒的长度约为2.5μm(图2c).图2水热法制备的TiO2纳米棒阵列的SEM图像(a、b俯视图;c侧视图)Figure2Top-view(a,b)andcross-sectionalview(c)SEMimagesofTiO2nanorodarraybyhydrothermalmethod图3是TiO2纳米棒电极的XRD图.除了FTO基底产生的衍射峰外,其余衍射峰位与金红石型TiO2相一致(PDFNo.21–1276).36.2°和62.9°的衍射峰分别归属于TiO2的(101)和(002)晶面,(002)衍射峰的强度大且尖锐,说明TiO2结晶良好并且是沿着c轴方向定向生长的[16].图3TiO2纳米棒阵列的XRD谱图(■表示SnO2衍射峰)Figure3XRDofTiO2nanorodarray(■referstodiffractionpeaksofSnO2)2.2瞬态光电流谱图4为TiO2、TiO2/M和TiO2/M/P3HT电极在不同波长光照射下所得到的瞬态光电流谱图.由图4a可知,在0.2V电压下,TiO2电极在330～430nm的光照范围内产生
笮?酆衔?的渗透提供空间.样品截面图显示纳米棒的长度约为2.5μm(图2c).图2水热法制备的TiO2纳米棒阵列的SEM图像(a、b俯视图;c侧视图)Figure2Top-view(a,b)andcross-sectionalview(c)SEMimagesofTiO2nanorodarraybyhydrothermalmethod图3是TiO2纳米棒电极的XRD图.除了FTO基底产生的衍射峰外,其余衍射峰位与金红石型TiO2相一致(PDFNo.21–1276).36.2°和62.9°的衍射峰分别归属于TiO2的(101)和(002)晶面,(002)衍射峰的强度大且尖锐,说明TiO2结晶良好并且是沿着c轴方向定向生长的[16].图3TiO2纳米棒阵列的XRD谱图(■表示SnO2衍射峰)Figure3XRDofTiO2nanorodarray(■referstodiffractionpeaksofSnO2)2.2瞬态光电流谱图4为TiO2、TiO2/M和TiO2/M/P3HT电极在不同波长光照射下所得到的瞬态光电流谱图.由图4a可知,在0.2V电压下,TiO2电极在330～430nm的光照范围内产生阳极光电流,并且390nm处的电流数值最大,说明TiO2为n型半导体.吸附M分子后(图4b),TiO2/M电极在0.2V电压下同样产生阳极光电流,说明有机M分子也具有n型半导体的性质;并且光响应范围拓宽至600nm左右.对于杂化膜电极(图4c),在－0.2V电压下测试其光电流,整体上可以分成两部分:330～410nm产生阳极光电流,对应于TiO2的光响应;420～650nm出现明显的阴极光电流,是有机M分子和聚合物P3HT的复合电效应,说明P3HT是p型半导体.为了进一步研究杂化膜中涉及到的界面性质,以TiO2/M/P3HT为工作电极,在490nm单色光照射下对该电极进行电流-电势线性扫描(见图4c中插图).可知,在负电势下杂化膜电极可以产生阴极光电流,而在正电势下则产生阳极光电流,曲线的走势表现出典型的p-n结整流特性.由此可以判定,在p型
【参考文献】：
期刊论文
[1]杂化太阳电池中异质结界面的修饰及其对电池光电性能的影响[J]. 裴娟,郝彦忠,孙宝,李英品,范龙雪,孙硕,王尚鑫. 物理化学学报. 2014(03)
[2]P3HT与CdTe纳米枝晶p-n异质结敏化ZnO纳米管阵列的光电化学研究[J]. 郝彦忠,范龙雪,孙宝,孙硕,裴娟. 化学学报. 2014(01)
[3]P3HT/CdS/TiO2/ZnO一维有序核壳式纳米棒阵列的构制及其在杂化太阳电池中的应用研究[J]. 郝彦忠,曹寅虎,孙宝,张彦辉,李英品,徐东升,李香玲. 化学学报. 2012(10)
本文编号：2908273
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