染料敏化納米二氧化鈦電極的制備及性能研究.pdf

1、18世紀以來，石油、天然氣和煤炭等化石能源在經歷了人類近百年的消費后，已經消耗了相當比例。從環(huán)境角度來看，化石能源的大量開發(fā)和利用，是造成環(huán)境污染與生態(tài)破壞的主要原因之一。作為解決能源危機和環(huán)境污染的焦點，太陽能是一種無污染并且取之不盡的能源，近年來越來越受到各國政府的重視。染料敏化太陽能電池（Dye-sensitized Solar Cell，DSSC）作為一種新型的光電化學太陽能電池以其制作工藝簡單，成本低，性能穩(wěn)定等特征而成為研究

2、的熱點。 本論文在總結染料敏化太陽能電池工作原理、各部分材料特點、最新發(fā)展的基礎上，探討了TiO2薄膜電極內的電子傳輸機理，并結合適當?shù)牡刃щ娐泛屠碚撃Ｐ?，從物理學角度提出了優(yōu)化電池光電性能（如：JSC、VOC和FF）的有效措施。本實驗圍繞太陽能電池中關鍵的染料敏化半導體電極進行研究，系統(tǒng)的分析了醇鹽水解酸、水熱處理條件及燒結溫度對電池光電壓、光電流和填充因子等方面的影響；并研究了對TiO2薄膜電極進行TiCl4后處理對電池光電

3、性能的影響。 在醇鹽水解酸試劑方面，研究了硝酸和冰醋酸兩種不同酸溶液體系所制備的納米TiO2膠粒的性能。結果表明：采用冰醋酸溶液體系制備的納米TiO2粒徑較大，分布均勻，粒子之間界限分明，經450℃的高溫燒結后仍表現(xiàn)為純銳鈦礦，由它制備的電池的短路電流（JSC）和光電轉化效率（η）分別高出硝酸的達87％和80％。 在水熱反應條件方面，重點研究了水熱時間和水熱溫度對TiO2屯極光電性能的影響。結果表明：提高水熱處理溫度或延

4、長水熱反應時間，都將引起納米TiO2顆粒粒徑的增大。但由顆粒大小引起的電極薄膜孔徑及表面積的變化，并不是影響薄膜電極的染料吸附量，從而影響電池的短路電流和光電轉化效率的主要原因。其關鍵影響因素是，水熱處理溫度引起了納米TiO2顆粒表面能的變化。提高水熱處理溫度，能有效提高納米TiO2晶粒的表面能，因而能有效提高染料的吸附量，促使電池短路電流和光電轉化效率的提高；同理，延長水熱反應時間，盡管也引起了TiO2顆粒的稍微增大，但對晶粒的表面能

5、沒有太大影響，因而對應的電極的染料吸附量和電池的光電性能基本不變。 利用電子在電極內傳輸?shù)睦碚摲治瞿Ｐ秃蛯嶒灉y試相結合的方法，有效分析了燒結溫度對TiO2電極膜表面形貌、晶體結構及最終光電性能的影響。結果如下：第一，同一燒結溫度下，電池的VOC和FF受絲網印刷層數(shù)影響不大，而JSC和η均隨著印刷層數(shù)的增加呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢；第二，燒結溫度越高，電池的JSC和η隨印刷層數(shù)變化的速率越大，達到最佳光電流所對應的印刷層數(shù)也越大