具有納米管陣列界面層的鈦基柔性染料敏化太陽(yáng)能電池的制備及性能.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-sensitizedsolarcells，DSSCs)以光電轉(zhuǎn)化效率高、制備工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)引起了各國(guó)研究者的高度關(guān)注。為了拓寬染料敏化太陽(yáng)電池的應(yīng)用領(lǐng)域，科學(xué)家們嘗試?yán)幂p便可彎折的柔性導(dǎo)電基板代替重量大、易破碎、昂貴的鍍有銦錫金屬氧化物導(dǎo)電層的玻璃來(lái)制備DSSCs。一般常用的柔性基板是聚合物導(dǎo)電基板，但是由于聚合物基板的熱穩(wěn)定性不夠，在其上制備的光陽(yáng)極不能高溫?zé)Y(jié)，導(dǎo)致二氧化鈦納米晶顆粒之間連接性

2、不夠，電池性能不夠好。導(dǎo)電性優(yōu)異且耐電解液腐蝕的鈦箔用作光陽(yáng)極基板，可耐受高溫?zé)Y(jié)，光從對(duì)電極面照射到電池，即可克服金屬不透光的缺點(diǎn)。此外，金屬鈦箔基板與多孔二氧化鈦納米晶薄膜難以形成牢固的界面結(jié)合。因此，如何通過(guò)物理化學(xué)方法增加金屬鈦箔基板與多孔氧化物之間的結(jié)合力也是增加電池性能的有效手段。
　　 針對(duì)以上問(wèn)題本文開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的研究:
　　 (1)以高透過(guò)率的ITO-PET為對(duì)電極基板，利用離子濺射法制備出高透過(guò)

3、率(60％-85％(:)400-800nm)高催化活性的柔性Pt對(duì)電極，比較了不同濺射條件下制備的柔性染料敏化太陽(yáng)能電池的(I)-(V)性能。當(dāng)濺射時(shí)間為20s時(shí)，DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率最高，為4.0％。
　　 (2)利用陽(yáng)極氧化法，分別在NH4F和HF這兩種電解液體系中在鈦箔基板上成功制備了結(jié)構(gòu)規(guī)整有序的高密度TiO2納米管陣列。結(jié)合TiO2納米管陣列的形成機(jī)理，考察了不同電解液體系中不同陽(yáng)極氧化電壓和不同陽(yáng)極氧化時(shí)間對(duì)納米

4、管陣列形成的影響。通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)可發(fā)現(xiàn)，NH4F電解液體系制備得到的TiO2納米管陣列厚度約在1.3-3μm左右，管徑約在60-70nm左右，HF電解液體系制備得到的TiO2納米管管徑約在60-70nm，厚度約在150-285nm。
　　 (3)利用離子濺射制備的高催化活性高透過(guò)性的Pt電極作為對(duì)電極，經(jīng)陽(yáng)極氧化處理的鈦箔作為光陽(yáng)極基板，組裝成DSSCs電池。TiO2納米晶薄膜厚度對(duì)背面照射的染料敏化太陽(yáng)

5、能電池性能有明顯影響，當(dāng)絲網(wǎng)印刷層數(shù)為8層時(shí)，膜厚為17μm，電池性能最佳。分析并比較了不同氧化條件形成的TiO2納米管阻擋層對(duì)所制備的柔性DSSC的光電性能的影響，發(fā)現(xiàn)在NH4F體系中，當(dāng)陽(yáng)極氧化時(shí)間為60min，電壓為30V時(shí)得到的TiO2納米管阻擋層制備的電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高，達(dá)到了5.1％;在HF體系中，當(dāng)陽(yáng)極氧化時(shí)間為60min，電壓為60V時(shí)得到的TiO2納米管制備的電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高，為4.9％。利用TiCl4溶液處