染料敏化太阳能电池中导电聚邻苯二胺检测方案

第25卷第1期2007年3月胶体与聚合物Chinese Journal of Colloid & polymerVol.25 No.1Mar.2007 胶体与聚合物第25卷38 导电聚邻苯二胺的合成及在染料敏化太阳能电池中的应用 吴i颉张修华王世敏* (湖北大学化材学院武汉430062) 摘i要制备了聚邻苯二胺，并将其作固体传输材料应用在染料敏化太阳能电池中。用光电化学方法研究了染料酸性湖蓝、聚邻苯二胺(PoPD)、二氧化钛(TiOz)纳米晶电极以及用酸性湖蓝和 PoPD 复合敏化 TiO纳米晶膜电极的光电化学行为。用聚邻苯二胺作为固体电解质，染料酸性湖蓝，组装了电池，初步测定了 TiO，/酸性湖蓝/PoPD电极作为光阳极的光电化学电池的工作特性曲线，测得V-0.43V，I=0.378mA。 关键词聚邻苯二胺；酸性湖蓝；固体电解质 聚合物固体电解质又称离子导电聚合物，是近几年迅速发展起来的一种新型固体电解质材料I1~6]。有机导电聚合物由于其独特的性质和广泛的应用前景，其中聚邻苯二胺 PoPD)是一种具有吩嗪环的梯形聚合物，在导电膜的应用上有重要的意义，在电催化、电显色图、传感器、电极修饰材料等方面应用性能与目前研究广泛的一些导电聚合物明显不同。 用酸性湖蓝染料和聚邻苯二胺复合敏化纳米晶多孔膜电极的光电化学尚未见报导。本文用溶液法合成了聚邻苯二胺，用自己合成的 TiO纳米粒子和酸性湖蓝染料，制备了 TiO/酸性湖蓝/PoPD 复合膜电极和光电化学太阳能电池，对其光电化学行为进行了研究，为后期工作提供一定的理论依据。 1实验部分 主要原料 TiO粉 P-25)，德国 Degussa 公司；邻苯二二(o-PD)、乙酰丙酮，分析纯，天津市博迪化工有限公司；盐酸、无水乙醇，分析纯，湖北大学化工厂；OP-10，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；导电玻璃 ITO， 方阻≤10Ω，深圳莱宝高科技股份公 2主要仪器 傅立叶红外光谱仪， Perkin-Emer SpectrumOne，美国 Perkin-Elmer 公司；热失重分析仪( TGA)，TGA7 型，美国 Perkin-Elmer 公司；原子力显微镜 AFM)， Nanoscope Ⅲa， 美国 Digital 公司电化学工作站，LK2005型，天津市兰力科化学电子高技术有限公司；太阳能电池测试仪，Keith-ley 2004，美国吉时利仪器公司。 1.2 实验步骤 i1.2.1基片的清洗用含洗涤剂的水超声波清洗5min，用去离子水洗净后用丙酮超声波震荡清洗10min，用乙醇超声震荡清洗 10min， 用去离子水超声震荡重复洗三次。 1.2.2.f制备聚合物邻苯二胺 在 250ml烧瓶中加入2.16g用重结晶纯化过的 o-PD， 100mlHCl， 在0~4℃冰浴搅拌。再取 2.28g(NH) 2Sz0溶于100ml 1mol/lHC1中，同样在0~4℃冰浴下使其溶解，用滴液漏斗使其缓慢加入到250ml烧瓶中，反应12h。抽滤得到红棕色的沉淀物。用1MHCl、乙醇、乙醚，去离子水分别冲洗去除低聚物、没有反应的原料，真真干燥24h。 1.2.3 制备 TiO纳米晶体薄膜 取纳米二氧化钛太 p-25) 3.0g，加入 0.1ml乙酰丙酮利1ml水研磨成黏性状，然后按一次 1ml 的量分三次加入去离子水3ml，且确保每次加水后碾磨充分，最后加入0.1ml 活性剂 OP-10，经研磨后，在导电玻璃上滴上 TiO 溶胶，用玻璃棒徐徐滚动，再经高温热处理即可制得纳米多孔的二氧化钛膜。 1.2.4 光电极染色将制得的光电极在避光条件下分别浸泡在3×10M酸性湖蓝的乙醇溶液中 24h，然后取出，再用乙醇轻轻冲洗掉电极表面多余的染料，自然晾干。 1.2.5制备 TiO/酸性湖蓝/PoPD 将PoPD 容解在 DMF 中，涂到 TiO/酸性湖蓝表面，等溶剂挥发后制得。 1.2.6组装电池 以Pt片作对电极，以聚合物邻苯二胺为固体电解质，组装电池，并测定了 TiO/ ( * 收 稿日期：2006-10-30 ) 酸性湖蓝/PoPD电极作为光阳极组成的电池的工作曲线。 2结果与讨论 2.1 PoPD 的红外光谱图 图11PoPD 的红外光谱图 图1谱中3407cm和3223cm处是N-H的伸缩振动峰，1620 cm处是醌型化合物的振动峰，1530cm是苯环的振动峰，832 cm是苯环的弯曲振动。从醌、苯环的振动峰可以大致推算出 PoPD 是醌型和苯环型交替的结构，从其相对强度可推出 PoPD 中醌型结构和苯环结构的比例是1：1，由此可以推出聚邻苯二胺的结构。 2.2 PoPD 电导率 通过四探针测试仪测量， PoPD 的电导率为1.54x10S/cm，通过掺杂，可以进一步提高其电导率，可以作为电导传输材料。 2.3 PoPD 在 ITO 玻璃上面的表面分析 图2ITO导电玻璃的AFM图 图3 ITO/TiO/酸性湖蓝/PoPD 的 AFM图 从图2、图3可以看出，ITO/TiO/酸性湖蓝/PoPD 薄膜呈海绵状的多孔膜，膜的表面高低不 平，粗糙，但均匀，无龟裂，这有利于电子的传输，满足太阳能电池组装的需要。 2.4 PoPD热稳定行研究 G 图4PoPD 的TG图 图557TiO，/酸性湖蓝/PoPD电极 作为光阳极的太阳能电池工作曲线 由图4可以看出在200℃以下，聚邻苯二胺不会发生分解，符合电池的工作温度要求。 2.5 太阳能电池的光电转换效率的测定 测定了 TiO/酸性湖蓝/PoPD 电极作为光阳极的太阳能电池的光电转换效率，图5为该光电化学太阳能电池的光电流-电压工作特性曲线，据此曲线算得该电池的最大输出功率为Pmax 为 0.089mW， 测得该电池的短路光电流为Isc 为 0.378mA，开路电压 Voc为430mV，则按下式1)可求出电池的填充因子ff为0.548.由光源的入射光强 Is 为 50mW cm， 电极受光面积A为 0.7cm²，导电玻璃的透光率T为57%，则按下式(2))1可求出该电池的光电转换效率n为0.45%。 2结论 用溶液聚合法制备了聚邻苯二胺，用聚邻苯二胺作为固体电解质和酸性湖蓝敏化 TiO纳米晶膜初步制备了 TiO/酸性湖蓝/PoPD 膜，作为 光阳极的太阳能电池，测的该电池的填充因子为0.548，总的光电转化效率为 0.45%。 ( 参考文献 ) ( 1 K ohjiro H ara， Kazuhiro Sayama， et al. 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J E lec- trochem Soc， 135：2286 ) Synthesize of conducting PoPD and its application in DSSCs Jie Wu Zhang XiuhuaShimin Wang (Faculty of Chemistry and Material Science Hubei University Wuhan 430062) Abstract A poly-o-phenylenediamine PoPD) was synthesised by oxidative polymerisation. The PoPDshowed a progressive spontaneous process along the time associated to the doping agent， constituted by HCl，inside the polymeric matrix. The results showed that the PoPD had high conductance of 1.54x10S/cm. ThePoPD was applied in DSSCs as conductive polymer materials. A photosensitizer of acid blue-7 was used toprepared photoanodes of TiO/AB7 film. The Vc value of the DSSCs was 0.43V， and the Ise value was0.378mA/cm2. Key words Poly-o-phenylenediamine； Acid blue-7； Solid-state composite electrolyte (上接第36页) 被环戊二烯基取代。两种方法都可以合成出P-CHC，Hs，但第二种方法环戊二烯基的固载量较高，且操作方法较简单。 3 结论 两种途径都可以合成出P-CH，C，Hs，但第二种方法操作简单、环戊二烯基的固载量高。 ( 参考文献 ) ( 1 I an R B utler， William R C ullen，Nam Fong Ha n ，etal.Ap-plied Organometallic Chemistry1988，2：2 6 3 ) ( 2 [英]F.R.哈著利著.金属有机化学基础.北京：化学工业出版社 ) ( W .D.Bonds，Jr.，C.H.Brubaker，Jr.，E.S.Chandrasekaran，etal. J.A.C. S. 1975. 9 7：8 ) ( Wurzschmitt， B， Zimmermann， ，V W. Fortschr. Chem.F o rsch.1950， 1 ：485 ) ( 5 D irk P .Dygutsch， Peter Eillbracht Tetrahedron. 1996， 52： 5461 ) Study on the synthesizing of polymer P-CHCHs Xu Zhen Lu Xinhuan Ye Chuping Xia Qinghua (Faculty of Chemistry and Chemical Engineering Hubei University 'Wuhan 430062) Abstract Polymer P-CH，C，Hs can be synthesized through two ways， and than characterized by IR andUV-Vis. The result showed that the second way was better， because it is easy to operate and the supportingamount of cyclopentadineyl is higher. Key Words Polymer；Cyclopentadienyl； Synthesize ◎China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net