TiO2形貌對染料敏化太陽能電池光電性能的影響.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)規(guī)模增長和人類活動(dòng)日益增加，能源危機(jī)和環(huán)境污染成為困擾世界的難題，開發(fā)和利用新能源，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展迫在眉睫。太陽能是一種清潔，可再生的能源，作為一種有效利用太陽能的光電器件，染料敏化太陽能電池(DSSC)由于制備成本低廉，工藝簡單，對環(huán)境無污染，因而成為最具有發(fā)展前景的新能源研究方向之一。TiO2光陽極作為DSSC的重要組成部分，起著吸附染料分子，吸收入射太陽光和傳輸光生電子的重要功能。提高可見光的利

2、用率、優(yōu)化界面光生電子的轉(zhuǎn)移和降低電子復(fù)合是提升DSSC光電性能的重要研究內(nèi)容。本論文以不同形貌和結(jié)構(gòu)的TiO2構(gòu)建了新型雙層 DSSC光陽極，目的是提高DSSC可見光利用率，加快光生電子的轉(zhuǎn)移，減小復(fù)合反應(yīng)，從而提高DSSC的光電轉(zhuǎn)化效率。具體工作內(nèi)容為：
　　(1)以鈦酸四丁酯(TBT)-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液為前驅(qū)體，采用簡單的靜電紡絲技術(shù)，制備了二氧化鈦-PVP納米纖維，然后高溫煅燒處理并研磨得到銳鈦礦相的一維二氧化

3、鈦納米棒。采用刮刀方法制備了基于 P25納米顆粒/一維二氧化鈦納米棒(NPR)，P25納米顆粒/P25納米顆粒(DNP)和TiO2納米棒/納米棒(DNR)薄膜光陽極，并組裝成DSSC。在光陽極膜厚相同的前提下，相比P25納米顆粒/P25納米顆粒和TiO2納米棒/納米棒DSSC，P25納米顆粒/一維二氧化鈦納米棒雙層復(fù)合DSSC表現(xiàn)出更好的光伏性能：光電轉(zhuǎn)化效率為8.03％，光電流密度達(dá)到了15.7mA cm-2。其增強(qiáng)的光電性能是因?yàn)椋?/p>

4、底層的P25納米顆粒尺寸較小，優(yōu)化了光陽極薄膜內(nèi)的接觸，納米顆粒大的比表面積有利于染料分子的吸附；頂層的一維二氧化鈦納米棒散射層具有強(qiáng)的光散射效應(yīng)，提高了可見光利用率。
　　(2)以鈦酸四丁酯(TBT)為二氧化鈦前驅(qū)體，以氟化氫銨(NH4HF2)等為添加物，采用簡單的水熱方法制備了尺寸為幾十個(gè)納米的單晶二氧化鈦空心納米顆粒，將其作為DSSC光陽極底層。采用兩步水熱方法制備了尺寸較大的一維單晶紡錘體狀的二氧化鈦，將其作為DSSC光陽

5、極覆蓋散射層。研究討論了單晶空心納米顆粒/紡錘體狀二氧化鈦雙層光陽極結(jié)構(gòu)對DSSC光散射性能，光生電子的轉(zhuǎn)移和復(fù)合，最終對電池光電轉(zhuǎn)化效率的影響?？招募{米顆粒/一維紡錘體DSSC的光電轉(zhuǎn)化效率為8.65%，比TiO2空心納米顆粒/空心納米顆粒DSSC效率高出25%，遠(yuǎn)比TiO2紡錘體/紡錘體或傳統(tǒng)P25納米顆粒DSSC要高。其增強(qiáng)的光電性能歸因于：TiO2空心納米顆粒和紡錘體的單晶結(jié)構(gòu)有利于界面上電子的快速轉(zhuǎn)移；底層的二氧化鈦空心納米顆