染料敏化太陽電池雙層光陽極膜的制備及性能研究.pdf

1、近年來，由于染料敏化太陽電池(dye-sensitized solar cells，DSSCs)的制備過程相對簡單、理論效率較高而得到了較快的發(fā)展，但是光陽極膜的染料吸附量、光電子傳輸和光散射性能卻一直影響著DSSCs的進一步發(fā)展。本論文通過制備不同形貌的TiO2來提高光散射性能和光電子傳輸進而改善DSSCs的光電性能，具體內(nèi)容如下:
　　用水熱法制備了TiO2中空球，通過FESEM、TEM、XRD和漫反射光譜等對所得材料的形貌、

2、結(jié)構(gòu)和漫反射性能等進行了表征，結(jié)果顯示該中空球是由小尺寸TiO2多面體組成，并且呈現(xiàn)出較好的光散射性能。通過靜電噴的方法制備出了由中空球組成的單層和由P25-中空球組成的雙層光陽極膜。組成DSSCs后，其I-V曲線測試結(jié)果顯示，單層光陽極膜對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換效率為2.13％，而雙層結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換效率達到了2.96％提高了約28.0％。這主要是由于雙層結(jié)構(gòu)中P25具有較大的比表面積用于吸附染料，而中空球具有較好的光散射性能可以提高光的利用效率

3、，同時中空球緊密結(jié)構(gòu)具有較快的電子傳輸速率。
　　用水熱法制備出了由TiO2納米片組成的微球（片球）可以通過HF溶液獲得，而TiO2納米棒(NR)可以通過靜電紡絲和超聲的方法獲得。對所得的片球用FESEM、TEM和XRD等進行表征，結(jié)果顯示，該材料的均一性較好，由TiO2納米片有序堆積而成。用靜電噴的方法分別制備出單層結(jié)構(gòu)片球、雙層結(jié)構(gòu)P25-片球和P25/NR-片球的不同光陽極膜。組裝DSSCs，I-V測試的結(jié)果顯示，單層結(jié)構(gòu)做

4、光陽極膜時的電池對應(yīng)的短路電流和開路電壓分別為11.43mA/cm2和770mV，其對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)化效率為4.14％。而由P25-片球和P25/NR-片球做光陽極膜時對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換效率分別為5.36％和5.99％，光電效率的提高主要是由于P25的引入可以提高染料的吸附量，而NR的引入可以作為電子傳輸?shù)闹苯油ǖ溃瑴p少電荷重組，同時TiO2片球有著較好的光散射性能。
　　用溶劑熱法和兩種不同的鈦源制備出了直徑均約為1500nm但表面形貌

5、不同的TiO2微球(TMS)，并研究了兩種形貌不同的TMS對DSSCs中光的吸收和光電性能的影響。UV-vis漫反射光譜和N719染料吸收光譜的結(jié)果表明，這兩種TMS具有光散射性能和染料吸附的雙重功能，這是DSSCs光陽極膜中非常重要的條件。SEM和I-V測試結(jié)果顯示，鈦酸異丙酯作鈦源時得到的TMS具有粗糙表面(TMSR)，該材料作為作為光陽極膜時對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換效率為5.54％;而當(dāng)鈦酸丁酯作為鈦源時得到的TMS表面較光滑(TMSS)，

6、其應(yīng)用于DSSCs時對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換效率為4.10％，主要是由于與TMSS相比，TMSR具有較大的比表面積和更好的光散射性能，但是TMSR的光電轉(zhuǎn)換效率依然低于P25(5.75％)。為了進一步提高DSSCs的光電性能，通過靜電噴的方法制備出了由P25作為有效層和TMS作為散射層的雙層結(jié)構(gòu)(P25-TMS)，與其對應(yīng)的單層結(jié)構(gòu)相比，光電性能都有了一定的提高。P25-TMSR呈現(xiàn)出最高的光電轉(zhuǎn)換效率7.62％，這主要是由于該結(jié)構(gòu)具有較大的比表