金屬氧化物修飾的染料敏化TiO2薄膜太陽能電池的制備與研究.pdf

1、太陽能電池是目前最有效的利用太陽能的一種形式。目前光電轉(zhuǎn)換效率最高的是硅基太陽能電池，但生產(chǎn)工藝復雜，成本居高不下，為此限制了其民用化進程。染料敏化TiO2納米晶薄膜太陽能電池，具有成本低廉和環(huán)境友好等優(yōu)點，是硅基太陽能電池的潛在替代品。
　　本論文采用水熱法合成納米級TiO2顆粒，向其中加入有機高分子分散劑聚乙烯醇(PVA)，通過刮涂法制備表面平整度較高的TiO2多孔膜光陽極，依據(jù)吸附原理制備了MgO/TiO2、 ZnO/TiO

2、2復合薄膜。結(jié)構(gòu)測試手段包括:X射線衍射分析、掃描電鏡顯微分析、激光粒度分布儀分析;光學性能測試手段包括:可見光光度計分析、I-V曲線測試儀分析。通過上述測試手段對試樣的顆粒粒徑、晶體類型、表面形貌、吸光性能、摻雜性能及I-V性能進行測試，結(jié)果如下所示。
　　水熱法合成的TiO2為銳鈦礦型，顆粒尺寸為納米級。采用刮涂法制備的TiO2光陽極薄膜表面平整度較高且結(jié)構(gòu)均勻，膜厚約為10μm。多孔膜主要以TiO2團簇形式存在，團簇尺寸為納

3、米級。在制備光陽極薄膜過程中，通過向溶膠中加入PVA，可以有效的形成孔洞，降低粒子間團聚現(xiàn)象，利于電子的傳輸及染料的吸附。對TiO2光陽極進行光電性能測試，光電轉(zhuǎn)換效率為3.15％，短路電流為7.8mA/cm2，開路電壓為0.493V，填充因子為61.04％。
　　利用氧化鎂、氧化鋅分別對上述TiO2光陽極薄膜進行表面修飾，改變浸漬時間和燒結(jié)溫度以制備出性能優(yōu)良的復合薄膜光陽極。結(jié)果表明:實驗制備的MgO/TiO2、 ZnO/Ti

4、O2復合薄膜的表面平整度較高，兩種氧化物存在于TiO2多孔膜的表面結(jié)構(gòu)中，通過吸附方法制備的MgO、ZnO顆粒自身團聚程度較小。對復合薄膜光陽極進行光電性能測試，其中MgO/TiO2復合光陽極的光電轉(zhuǎn)換效率為4.04％，短路電流為9.32mA/cm2，開路電壓為0.505V，填充因子為64.3％;ZnO/TiO2復合光陽極的光電轉(zhuǎn)換效率為3.93％，短路電流為10.68 mA/cm2，開路電壓為0.487V，填充因子為56.68％。