导电多层膜的层层自组装及其电学、电化学及光伏性能研究-材料工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 (冉: 在日没有其他需要特别声明的，本栏可牢)或其他教育机构的学位或证书使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签名:漂扑维 签字日期 :叫年 6 月归 学位论文版权使用攫权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下 事项 : 1、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阂。 2、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学、、中国 学术期刊(光盘版)电子杂志社用于出版和编入 C KI ((中国知识资源总库 )，授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库)) (保 密的学位论文在解密后适用本授权书〉 学位论文作者如东帷 导师签字 :声越主 签字日期 :训4 年 4 月 4 日 笼字日期 :鸟。川年 b月 6 日 导电多层膜的层层自组装 及其电、电化学及光伏性能的研究 摘 要 能源是全球长期关注的热点之一。随着化石燃料储量的急剧减少及其过量使 用对环境产生的显著危害，可使得再生能源，如风能、水能、核电等，越来越受 到世界各国的重视。但它们的应用很大程度上受到地理因素的制约，且需要高昂 的设备及维护成本。相比之下，太阳能因其来源广、无污染等优点应用受到了广 泛的关注，具有远大的应用前景。对电极作为太阳能电池中重要的组成部分，显 著影响光伏参数中的填充因子(FF)，通过增加对电极的反应面积，可有效地提高 反应速率，从而进一步提升染料敏化太阳能电池的效率。1991年，Decher 发展了 一种基于阴、阳聚电解质间静电作用为推动力的制备多层膜的层层自组装法，这 种方法制成的多层膜具有较大的比表面积及不同的界面，其在对电极上有良好的 应用前景。本论文旨在采用静电自组装的方法制备高导电性高催化性多层膜，研 究其导电机理，并将其应用于染料敏化太阳能电池的对电极，促进层层自组装法 在染料敏化太阳能电池对电极中的应用。 在论文的第二章中，采用聚乙烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)和氧化石墨烯(GO) 进行静电自组装制备(PDDA/GO)n 导电多层膜。实验表明(PDDA/GO)n 导电多层膜 的生长方式为均匀线性生长，每一层 PDDA/GO 导电多层膜的厚度基本一致。 (PDDA/GO)n 导电多层膜在硫酸溶液介质中的氧化还原反应受扩散作用控制。同 时，(PDDA/GO)n 导电多层膜的氧化还原中的电荷转移由膜内的电荷扩散所控制。 (PDDA/GO)n 导电多层膜的膜电阻几乎不随双层数发生改变，但(PDDA/GO)n 导电 多层膜的电导率随双层数的增加呈现线性增加的趋势，这表明随着双层数的增加， 表面电荷的积累也呈现线性趋势，表现出电子隧穿效应。光电性能测试表明 (PDDA/GO)n 导电多层膜的光电流响应高度依赖于双层膜的沉积周期，且光电流 密度随着沉积周期的增多而迅速增加。这表明光激发电子同样具有从 GO 层底部 转移到顶部的电子隧穿效应。这个独特的性质在 DSSC 的对电极中将具有很好的 I 应用。 在论文的第三章中，利用与第二章类似的静电自组装的方法，成功地实现了 导 电 聚 合 物 聚 吡 咯 (PPy) 与 氧 化 石 墨 烯 (GO) 的 层 层 自 组 装 。 实 验 结 果 表 明 ， (PPy/GO)n 导电多层膜的生长方式为均匀线性生长。(PPy/GO)n 导电多层膜在硫酸 溶液介质中的氧化还原反应受扩散作用控制。同时，(PPy/GO)n 导电多层膜的氧化 还原中的电荷转移由膜内的电荷扩散所控制。(PPy/GO)n 导电多层膜的膜电阻不随 双层数的增加而改变，但其电导率随之呈线性增加的趋势，表现出电子隧穿效应。 (PPy/GO)n 导电多层膜对电解液的催化性能随双层数的增加而增加，且其导电性能 也随之增加，完全符合染料敏化太阳电池(DSSC)对电极的性能要求。将(PPy/GO)n 自组装导电多层膜作为对电极测试其电池效率，电池效率随双层数的增加而增加， 最高效率为4.86％。 采用静电自组装的方法制备了(PDDA/GO)n 导电多层膜和(PPy/GO)n 导电多层 膜，研究了导电多层膜的电学、电化学及光伏性能，并将(PPy/GO)n 导电多层膜应 用于 DSSC 对电极。将静电自组装方法应用于 DSSC，促进 DSSC 对电极的发展。 关键词：静电层层自组装；染料