TiO2光陽極的制備及固態(tài)染料敏化太陽能電池的機(jī)理研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized Solar Cell，DSSC)最初由瑞士洛桑聯(lián)邦高等理工學(xué)院(EPFL) Gr(a)tzel教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組于1991年取得突破性進(jìn)展，相對于昂貴的傳統(tǒng)硅太陽能電池，DSSC工藝簡單、價格低廉、能量轉(zhuǎn)化效率較高，因此被認(rèn)為是最有希望取代前者的新一代光伏器件。染料敏化太陽能電池由半導(dǎo)體薄膜光陽極、染料敏化劑、電解質(zhì)及對電極四部分組成，其中光陽極承擔(dān)著吸附染料、分離傳輸電荷的重任，對染料

2、敏化太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率有著直接的影響。本論文針對TiO2光陽極展開研究，旨在提高染料敏化太陽能電池的光電性能，具體研究工作如下:
　　(1)利用水熱法合成TiO2納米顆粒，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物中TMAH的加入量、水熱反應(yīng)時間以及后期乙基纖維素的加入量，制備了TiO2納米顆粒漿料并作為光陽極應(yīng)用于染料敏化太陽能電池，同時對電池器件進(jìn)行了測試研究。通過條件的優(yōu)化，我們的制備基于TiO2納米顆粒的DSSC（TiO2膜厚12μm）的短路光

3、電流Jsc、開路光電壓Voc分別達(dá)到了16.72 mA cm-2和0.736 V，能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了8.25％。
　　(2)將TiO2納米顆粒沉積到原位生長于導(dǎo)電玻璃上的TiO2納米棒陣列上，將二者結(jié)合作為光陽極應(yīng)用于DSSC器件，相比于同樣厚度的純TiO2納米顆粒層光陽極，前者具有較高的短路電流密度及能量轉(zhuǎn)化效率。短路光電流的提高歸因于TiO2納米棒陣列/納米顆粒光陽極具有較低的導(dǎo)帶邊，使電子注入動力有所增大。同時TiO2納米棒

4、陣列/納米顆粒結(jié)構(gòu)具有良好的抑制電荷復(fù)合效果，從而在保證開路電壓的基礎(chǔ)上提高了能量轉(zhuǎn)化效率。
　　(3)通過水熱法在導(dǎo)電玻璃基片上生長了TiO2納米棒陣列，再將其與石墨烯復(fù)合，在納米棒頂端覆蓋一層石墨烯后實現(xiàn)了TiO2納米棒陣列的繼續(xù)生長，制備了多層TiO2納米棒陣列，并將其作為光陽極應(yīng)用于染料敏化太陽能電池，同時對電池光電性能做了相應(yīng)研究。研究結(jié)果顯示，隨著TiO2納米棒陣列厚度增大，對染料分子的吸附量增加，使得電池器件短路光電

5、流密度Jsc有明顯的增加，但是開路光電壓Voc則逐漸降低。考慮多層TiO2納米棒陣列的綜合性能，當(dāng)TiO2納米棒陣列為兩層(4μm)時得到最佳的光電性能，其電池器件短路光電流Jsc為7.30 mA cm-2，開路光電壓Voc為0.702 V，填充因子FF為0.75，能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了3.86％。
　　(4)將合成的TiO2納米顆粒應(yīng)用于全固態(tài)染料敏化太陽能電池，其中固態(tài)電解質(zhì)分別為按一定比例與I2和LiI混合的含有酯基的咪唑碘鹽(