染料敏化太陽能電池TiO2光陽極的優(yōu)化和電池性能研究.pdf

1、世界性的能源危機和環(huán)境污染促進了太陽能電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。盡管硅基太陽能電池以其優(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貼才能推廣利用。并且，近年來“雙反”貿(mào)易制裁的愈演愈烈，傳統(tǒng)太陽能電池的發(fā)展舉步維艱，新型太陽能電池的研究和開發(fā)成為解決現(xiàn)有太陽能電池性能和成本矛盾的一個可能途徑。利用原料豐富、環(huán)境友好的無機氧化物納米材料來構筑廉價的新型太陽能電池，預期可以克服傳統(tǒng)太陽能電池的高成本問題。
　　本文以染料

2、敏化太陽能電池(DSSC)為研究對象，用水熱法合成的TiO2納米棒陣列作為DSSC光陽極，研究快速退火、腐蝕、復合和摻雜等對TiO2納米棒的形貌、結構和DSSC光伏性能的影響。主要研究內(nèi)容和結果簡述如下:
　　1.利用水熱法在FTO襯底上生長TiO2納米棒陣列，通過改變反應濃度、反應時間、引入種子層調(diào)控TiO2納米棒的長度、直徑和分布情況，探討TiO2納米棒的生長機理;經(jīng)過快速退火處理后，TiO2納米棒的結晶度變好，與染料分子的結

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納米棒進行腐蝕處理，研究腐蝕對TiO2納米棒形貌和電池性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著腐蝕時間的延長，TiO2納米棒的長度和直徑減小，光散射能力降低。而選取TiCl4鈦源生長的TiO2納米棒可以被腐蝕成管狀結構，極大地提高了DSSC的短路電流密度和光電轉(zhuǎn)化效率。
　　3.構建了TiO2納米棒和納米顆粒多孔膜復合的新

4、型光陽極，這種結構結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，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)過進一步的TiCl4處理，電池效率提高到了3.25％。
　　4.對TiO2納米棒進行Sn摻雜，研究了摻雜劑Sn對DSSC性能的影響。XRD結果顯示TiO2的晶體結構幾乎沒有明顯變化，伏安特性測試表明電池的短路電流密度和開路電壓略有提高，說明Sn摻雜Ti