染料敏化太陽(yáng)能電池的制備及機(jī)理研究.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(dye-sensitizedsolarcell，DSSC)由于制作工藝簡(jiǎn)單和成本低廉被看做是未來(lái)有前景的的太陽(yáng)電池之一。目前，染料敏化太陽(yáng)能電池的效率已經(jīng)超過12％。相比于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理相對(duì)復(fù)雜，即涉及有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料，又涉及固態(tài)成份和液態(tài)成份。這使得研究染料敏化太陽(yáng)能電池工作過程的微觀機(jī)制變得十分困難。為了簡(jiǎn)化研究對(duì)象和盡可能地排除其他不穩(wěn)定因素，我們采用致密TiO2薄膜

2、作為光電極制備了染料敏化太陽(yáng)能電池。這種致密結(jié)構(gòu)的光電極有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)多孔TiO2薄膜，致密排列的TiO2多晶膜可以極大地減少晶界數(shù)量，使得電子很容易到達(dá)FTO電極；復(fù)合過程只發(fā)生于致密薄膜的表面，復(fù)合反應(yīng)的環(huán)境一致；一些存在于多孔膜中的效應(yīng)得到了消除。
　　 本論文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論：
　　 (1)采用溶膠．凝膠工藝制備了均勻、致密的TiO2薄膜，并組裝了染料敏化太陽(yáng)能電池。
　　 (2)研究了染料敏

3、化太陽(yáng)能電池中TiO2表面態(tài)Ti3+的作用機(jī)理。隨著TiO2薄膜真空熱處理溫度升高，薄膜表面的O空位-Ti3+缺陷濃度增大，TiO2/染料/電解質(zhì)界面處TiO2導(dǎo)帶電子與氧化態(tài)染料和電解質(zhì)中的I3-離子的復(fù)合作用增強(qiáng)，DSSC電池性能下降。而復(fù)合作用增強(qiáng)有利于氧化態(tài)的染料被還原到基態(tài)，抑制了染料的分解，從而降低了染料分子的降解速率。
　　 (3)研究了不同濃度TiCl4處理TiO2薄膜對(duì)電池性能及穩(wěn)定性的影響。對(duì)于致密結(jié)構(gòu)的Ti

4、O2電極，TiCl4處理致密薄膜的表面覆蓋一層高純的小尺寸TiO2晶粒。當(dāng)TiO2納米顆粒足夠小時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一種量子尺寸效應(yīng)，將會(huì)增加TiO2的禁帶寬度。降低了電子從激發(fā)態(tài)染料向TiO2導(dǎo)帶注入的動(dòng)力，使短路電流大大降低。TiO2導(dǎo)帶上升，提高了導(dǎo)帶能級(jí)與電解質(zhì)中氧化還原對(duì)的電勢(shì)能之差，進(jìn)而提高了開路電壓。TiO2晶粒尺寸減小有利于形成更好的化學(xué)吸附。由于吸附在TiO2薄膜表面的染料處于激發(fā)態(tài)時(shí)極不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生脫附而分解，TiO2與染