染料敏化摻雜納米晶TiO-,2-（準(zhǔn)）固態(tài)太陽能電池的研究.pdf

1、隨著化石能源的同益枯竭以及由其使用產(chǎn)生的環(huán)境污染和溫室效應(yīng),使人類對能源尤其是清潔新能源的開發(fā)利用有了迫切需求。在風(fēng)能、水能、潮汐和太陽能這些可再生清潔能源的利用中,直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池的開發(fā),為人們解決目前能源危機(jī)提供了一條重要途徑。目前已經(jīng)商業(yè)化的硅太陽能電池,由于其生產(chǎn)成本昂貴,限制了它的普及和廣泛應(yīng)用。而最近十幾年來出現(xiàn)的染料敏化太陽能電池(dye-sensitizedsolar cells,DSSC)由于其具有廉

2、價(jià)和高效的優(yōu)點(diǎn),迅速成為研究的熱點(diǎn)。本文在大量文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究了納米晶TiO2的改性、凝膠和固體電解質(zhì)的制備及其電荷傳輸性能,主要工作如下： 1.采用粉末涂敷法在氧化銦錫導(dǎo)電玻璃(ITO)襯底表面制備了未摻雜和金屬離子[Fe(Ⅲ),Zn(Ⅱ),Pb(Ⅱ),Cd(Ⅱ),Bi(Ⅲ)和Co(Ⅱ)]摻雜的納米晶TiO2薄膜。經(jīng)金屬離子摻雜的納米晶TiO2主要為規(guī)整的、直徑大約25 nm左右的銳鈦礦型結(jié)構(gòu),其禁帶寬度因摻雜而變窄

3、。在本文研究的摻雜離子中,CO2+和Fe3+的摻雜使DSSC的光電性能下降；而pb2+、Bi3+、Cd2+和Zn2+的摻雜則會(huì)大大提高DSSC的光電響應(yīng)性能。進(jìn)一步的研究表明DSSC的光電響應(yīng)性能同摻雜元素的電負(fù)性與離子半徑的比值有一定的順應(yīng)關(guān)系,該比值越大,DSSC的光電性能越低。 2.制備了不同單體比例的聚丙烯腈-丙烯酸-丙烯酸丁酯共聚物,采用紅外光譜和熱分析儀分別對其結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了研究,探討了利用聚丙烯腈-丙烯酸-丙

4、烯酸丁酯復(fù)合凝膠電解質(zhì)制備準(zhǔn)固態(tài)DSSC的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：基于聚丙烯腈-丙烯酸-丙烯酸丁酯凝膠電解質(zhì)的DSSC具有良好的光電轉(zhuǎn)換性能,在100 mW·cm-2的模擬光照下,光電轉(zhuǎn)換效率和填充因子分別為2.3％和0.61。 3.利用二官能度的硅烷單體采用Wurtz共聚法制備了四種具有不同取代側(cè)基的聚硅烷化合物,采用X-射線衍射和透射電鏡對其聚集態(tài)進(jìn)行了分析。經(jīng)LiI/I2摻雜的聚硅烷固體復(fù)合電解質(zhì),其導(dǎo)電率顯著增加,以之制備的

5、全固態(tài)DSSC,其光電轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)1.37％,有望解決DSSC的封裝及穩(wěn)定性問題。 4.采用電聚合方法制備了聚鄰苯二胺/碳納米管復(fù)合膜,并以之作為電荷傳輸材料組裝了全固態(tài)DSSC。復(fù)合膜的電化學(xué)行為表明其膜內(nèi)電子交換效率明顯高于純聚鄰苯二胺膜。在碳納米管濃度為0.1g/L時(shí),聚合得到的聚鄰苯二胺/碳納米管復(fù)合膜組裝的DSSC光電響應(yīng)性能最好,其開路光電壓和短路光電流分別為479 mV和0.629 mA·cm-2,總光電轉(zhuǎn)換效