TiO2納米晶多孔薄膜光陽(yáng)極的合成及其光電轉(zhuǎn)換性能研究.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-sensitized solar cells,簡(jiǎn)稱(chēng)DSSCs)是一種新型太陽(yáng)能電池,因其制作成本低、工藝簡(jiǎn)單、光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)而成為國(guó)內(nèi)外競(jìng)相研究的熱點(diǎn)。
　　 本論文分別采用水熱法、溶膠-凝膠法合成了TiO2納米晶與TiO2致密薄膜,將所合成的納米晶與致密薄膜用于制備TiO2薄膜光陽(yáng)極,并組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池。采用X射線(xiàn)衍射儀、掃描電子顯微鏡、臺(tái)階儀、紫外一可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)TiO2納米晶粒的

2、晶體結(jié)構(gòu)、多孔薄膜的表面形貌、薄膜厚度和光學(xué)吸收性能進(jìn)行表征,并采用模擬太陽(yáng)光和伏安曲線(xiàn)掃描法對(duì)電池的光伏性能進(jìn)行檢測(cè)。研究了納米晶的晶體結(jié)構(gòu)與表面形貌、薄膜厚度、致密層對(duì)光陽(yáng)極光電轉(zhuǎn)化性能的影響規(guī)律,主要內(nèi)容如下:
　　 以鈦酸丁酯為原料,在水熱過(guò)程中分別加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚乙二醇2000和聚乙二醇600合成TiO2納米晶。發(fā)現(xiàn)聚乙二醇的加入抑制了銳鈦礦型TiO2納米晶粒的生長(zhǎng),促進(jìn)了金紅石型晶粒的生長(zhǎng)；當(dāng)PEG2000的含量

3、為5％時(shí),用不添加4-叔丁基吡啶的電解質(zhì)體系組裝的電池的光電轉(zhuǎn)換效率為2.86％；聚乙二醇600的含量為10％時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)金紅石相,在含量為1％時(shí)制備的薄膜電極性能最好,光電效率為1.85％；適量的PEG濃度有助于光陽(yáng)極光電性能的提高。
　　 研究薄膜厚度對(duì)光陽(yáng)極光電轉(zhuǎn)換性能的影響規(guī)律。隨著薄膜厚度的增加,光陽(yáng)極的光學(xué)吸收率首先快速增加,然后變化緩慢；電池的短路電流密度、開(kāi)路電壓先增加后減小,填充因子則持續(xù)下降,電池的光電轉(zhuǎn)換效率

4、先增加,在10.12μm時(shí)達(dá)到最高,然后略有下降。因此,對(duì)于有特定納米晶材料構(gòu)成的光陽(yáng)極而言,存在一個(gè)最佳的薄膜厚度。
　　 采用溶膠-凝膠法在納米晶多孔薄膜與襯底之間添加TiO2致密薄膜,發(fā)現(xiàn)致密薄膜的引入提高了染料敏化太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓與填充因子,但是隨著致密層薄膜厚度的增加填充因子減小。當(dāng)溶膠濃度為0.15mol/L,致密層薄膜的厚度為3層時(shí),在A(yíng)M1.5(100mW/cm2)光照下電池的光電轉(zhuǎn)換性能達(dá)到最高,為3.21