染料敏化太陽(yáng)能電池TiO2光陽(yáng)極的優(yōu)化和電池性能研究.pdf

1、世界性的能源危機(jī)和環(huán)境污染促進(jìn)了太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。盡管硅基太陽(yáng)能電池以其優(yōu)異的性能獲得了批量生產(chǎn)，但因較高的發(fā)電成本，仍需要政府的額外補(bǔ)貼才能推廣利用。并且，近年來(lái)“雙反”貿(mào)易制裁的愈演愈烈，傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的發(fā)展舉步維艱，新型太陽(yáng)能電池的研究和開(kāi)發(fā)成為解決現(xiàn)有太陽(yáng)能電池性能和成本矛盾的一個(gè)可能途徑。利用原料豐富、環(huán)境友好的無(wú)機(jī)氧化物納米材料來(lái)構(gòu)筑廉價(jià)的新型太陽(yáng)能電池，預(yù)期可以克服傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的高成本問(wèn)題。
　　本文以染料

2、敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)為研究對(duì)象，用水熱法合成的TiO2納米棒陣列作為DSSC光陽(yáng)極，研究快速退火、腐蝕、復(fù)合和摻雜等對(duì)TiO2納米棒的形貌、結(jié)構(gòu)和DSSC光伏性能的影響。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果簡(jiǎn)述如下:
　　1.利用水熱法在FTO襯底上生長(zhǎng)TiO2納米棒陣列，通過(guò)改變反應(yīng)濃度、反應(yīng)時(shí)間、引入種子層調(diào)控TiO2納米棒的長(zhǎng)度、直徑和分布情況，探討TiO2納米棒的生長(zhǎng)機(jī)理;經(jīng)過(guò)快速退火處理后，TiO2納米棒的結(jié)晶度變好，與染料分子的結(jié)

3、合更加牢固，提高了光俘獲效率、電子注入效率和電子收集效率，從而提高了DSSC的光電轉(zhuǎn)化效率。
　　2.將合成的TiO2納米棒進(jìn)行腐蝕處理，研究腐蝕對(duì)TiO2納米棒形貌和電池性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，TiO2納米棒的長(zhǎng)度和直徑減小，光散射能力降低。而選取TiCl4鈦源生長(zhǎng)的TiO2納米棒可以被腐蝕成管狀結(jié)構(gòu)，極大地提高了DSSC的短路電流密度和光電轉(zhuǎn)化效率。
　　3.構(gòu)建了TiO2納米棒和納米顆粒多孔膜復(fù)合的新

4、型光陽(yáng)極，這種結(jié)構(gòu)結(jié)合了一維陣列高的電子遷移率、電子壽命和納米顆粒高的比表面積兩者的優(yōu)勢(shì)，最終獲得了2.51％的電池轉(zhuǎn)換效率，比單純的納米棒組裝的電池(1.11％)提高了126％，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的TiCl4處理，電池效率提高到了3.25％。
　　4.對(duì)TiO2納米棒進(jìn)行Sn摻雜，研究了摻雜劑Sn對(duì)DSSC性能的影響。XRD結(jié)果顯示TiO2的晶體結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有明顯變化，伏安特性測(cè)試表明電池的短路電流密度和開(kāi)路電壓略有提高，說(shuō)明Sn摻雜Ti