染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極優(yōu)化設(shè)計(jì)及研究.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs)以其簡(jiǎn)單的制備工藝、低廉的成本、對(duì)環(huán)境無(wú)污染以及相對(duì)高的光電轉(zhuǎn)換效率在近二十多年受到了越來(lái)越多的關(guān)注。TiO2納米薄膜光陽(yáng)極作為DSSCs的重要組成部分，起著承載染料、捕獲太陽(yáng)光、收集和傳輸電子的作用，極大地影響了染料敏化太陽(yáng)能電池的光電性能。為了較大程度地提高DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率，需要對(duì)TiO2納米薄膜光陽(yáng)極進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本論文主要通過(guò)對(duì)TiO2納米薄膜光陽(yáng)極進(jìn)行形貌設(shè)計(jì)，將幾種不同形貌的TiO2納

2、米薄膜組合起來(lái)，充分利用各自形貌的優(yōu)勢(shì)，制備出性能優(yōu)異的光陽(yáng)極，另外也通過(guò)離子摻雜的方式將Ag納米顆粒摻雜到光陽(yáng)極中，利用Ag納米顆粒表面電子與光波相互作用，形成表面等離子體效應(yīng)，從而提高DSSCs的光吸收能力。具體的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　（1）通過(guò)陽(yáng)極氧化法制備了TiO2納米管陣列(TNT arrays)薄膜，水熱合成法制備了空心盒子狀TiO2(TiO2-HB)納米顆粒。以純的P25納米顆粒、TiO2納米管陣列和空心盒子狀T

3、iO2納米顆粒三種不同形貌的納米材料為基礎(chǔ)，制備了純的P25納米顆粒薄膜光陽(yáng)極，以P25納米顆粒薄膜為底層、TiO2納米管陣列薄膜為頂層的P25/TNT arrays雙層復(fù)合薄膜光陽(yáng)極和以P25納米顆粒薄膜為底層、TiO2納米管陣列薄膜為中間層、空心盒子狀TiO2為頂層的P25/TNT arrays/TiO2-HB三層復(fù)合薄膜光陽(yáng)極，并通過(guò)各種測(cè)試手段進(jìn)行研究分析。研究結(jié)果表明，P25/TNT arrays/TiO2-HB三層復(fù)合薄膜光

4、陽(yáng)極相對(duì)于其它兩種薄膜光陽(yáng)極有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，達(dá)到了6.03％，其主要原因是P25納米顆粒能吸附較多的染料分子、TiO2納米管陣列的一維管狀結(jié)構(gòu)能夠?yàn)殡娮犹峁﹤鬏斖ǖ溃招暮凶訝頣iO2納米顆粒薄膜作為散射層，能夠提高電池對(duì)光的利用率，三種不同形貌共同作用，從而極大的提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
　?。?）通過(guò)紫外光照射五種不同濃度（0.01mol/L、0.02mol/L、0.03mol/L、0.04mol/L、0.05mol/

5、L）AgNO3溶液，制備出摻雜不同濃度Ag納米顆粒的雙層復(fù)合薄膜光陽(yáng)極。與未摻雜Ag納米顆粒的光陽(yáng)極薄膜電池相比較，通過(guò)各種測(cè)試手段進(jìn)行研究分析。研究結(jié)果表明，摻雜Ag納米顆粒后，隨著摻雜濃度的升高，DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率有先升后降的趨勢(shì)，從未摻雜的3.00%上升到了6.12%，然后又降為5.43%，在摻雜的AgNO3溶液濃度為0.04mol/L達(dá)到最大。其原因主要是摻雜的Ag納米顆粒會(huì)聚成團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，能夠提高光陽(yáng)極對(duì)染料的吸附量，而且