染料敏化太陽能電池碳納米管對電極和二氧化鈦光陽極的研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池由于自身的低成本、環(huán)境友好、在弱光條件下性能良好及制備流程簡單等特性，引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。在染料敏化太陽能電池中，對電極催化還原電解質(zhì)的能力、光陽極的結(jié)構(gòu)及對染料的吸附量等都是影響染料敏化太陽能電池效率的關(guān)鍵因素。本論文從染料敏化太陽能電池的碳納米管對電極和二氧化鈦光陽極兩個(gè)方面進(jìn)行研究來提高電池效率并降低器件成本，主要研究內(nèi)容如下：
　　1.將不同形貌的碳納米管應(yīng)用到染料敏化太陽能電池對電極，作為P

2、t電極的替代材料。研究發(fā)現(xiàn)長的碳納米管比短的碳納米管有更好的電催化活性，以長碳納米管為對電極的電池獲得了2.42％的光電轉(zhuǎn)換效率，比短的碳納米管的效率提高了19.8%；陣列碳納米管比長碳納米管的電催化活性更好，其相應(yīng)的染料敏化太陽能電池獲得了2.95%的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　然而，由于碳納米管極易團(tuán)聚，影響了其電催化活性，故采用溶菌酶、十六烷基氯化吡啶、脫氧膽酸鈉及聚乙二醇辛基苯基醚等表面活性劑等對碳納米管進(jìn)行非共價(jià)修飾來提高碳納米

3、管的分散性并將其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池對電極。在修飾后的碳納米管中，聚乙二醇辛基苯基醚修飾的碳納米管具有更好的分散性和電催化性能，以其為對電極的電池性能也是最優(yōu)的。
　　2.以硫酸鈦為前驅(qū)體，采用水熱法制備出不同表面形貌的二氧化鈦微球，并將其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池光陽極。研究發(fā)現(xiàn)，與結(jié)構(gòu)緊實(shí)的二氧化鈦微球相比，結(jié)構(gòu)疏松、表面粗糙且結(jié)晶度更好的二氧化鈦微球作為光陽極，染料敏化太陽能電池可以表現(xiàn)出更好的光電性能。
　　為了進(jìn)

4、一步增加光陽極薄膜的附著力，以不同添加量的鈦酸丁酯為前驅(qū)體，鹽酸及去離子水作為溶劑，通過水熱法在不同溫度下直接在FTO導(dǎo)電玻璃襯底上生長二氧化鈦納米花。當(dāng)調(diào)整水熱反應(yīng)體系中鈦前驅(qū)體的用量為1.5ml時(shí)，生長出形貌均一的二氧化鈦納米花，以之作為光陽極的電池能夠獲得最高的光電轉(zhuǎn)換效率（1.83%）。進(jìn)而調(diào)整反應(yīng)溫度，當(dāng)反應(yīng)溫度從150℃升高165℃，相應(yīng)的電池效率從0.14%提高至0.39%；當(dāng)反應(yīng)溫度降低至135℃，相應(yīng)的電池效率也降低。