基于TiO2薄膜染料敏化太陽(yáng)能電池的制備及性能優(yōu)化.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs)作為新一代的電池，具有原材料價(jià)格低廉，制備工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，成為目前科研領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向。提高染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率和降低電池的成本是走向?qū)嵱没仨毭鎸?duì)的問(wèn)題。本文從提高染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率和電池制造成本的角度出發(fā)，圍繞DSSCs的光陽(yáng)極和對(duì)電極作了一定研究。擬在保證染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率的前提下，降低電池的成本。主要包括三部分工作:(1) TiO2納米管光陽(yáng)極材料的結(jié)

2、構(gòu)和性能的優(yōu)化及光伏性能研究;(2) TiO2空心微球的制備及在DSSCs中的應(yīng)用;(3)染料敏化太陽(yáng)能電池碳對(duì)電極的制備和性能研究。主要研究成果如下:
　　 通過(guò)改進(jìn)的二次陽(yáng)極氧化技術(shù)在透明導(dǎo)電玻璃(FTO)上制備了高度有序的自立式TiO2納米管薄膜，并組裝成前照式染料敏化太陽(yáng)能電池。與在鈦片上直接生長(zhǎng)TiO2納米管的背照式DSSCs相比，前照式DSSCs大大減少了光的損耗，提高了DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率。在研究過(guò)程中，我們討

3、論了不同二次陽(yáng)極氧化電壓對(duì)制備的TiO2納米管的形貌、結(jié)構(gòu)和光伏性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著二次陽(yáng)極氧化電壓的升高，TiO2納米管的管壁明顯變薄，而且當(dāng)電壓升高到25 V時(shí)，管壁出現(xiàn)了明顯的破損現(xiàn)象。XRD定量分析表明，隨著二次氧化電壓的升高，銳鈦礦含量逐漸減少。將不同二次氧化電壓下制備的TiO2納米管薄膜組裝成DSSCs測(cè)試其光電性能，二次氧化電壓為15V時(shí)的樣品所制備的DSSCs具有最高的光電轉(zhuǎn)化效率，在單波長(zhǎng)下的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了1

4、0.6％。
　　 采用簡(jiǎn)單的無(wú)模板水熱法合成了分級(jí)TiO2空心微球，研究了不同氟離子濃度對(duì)TiO2空心微球形貌、結(jié)構(gòu)的影響，并探索了TiO2空心球的形成機(jī)理。在反應(yīng)中添加一定體積的乙醇作為輔助反應(yīng)介質(zhì)，得到了形貌和結(jié)構(gòu)良好的TiO2微球。結(jié)果表明，乙醇的添加改變了溶液的極性，可以增加二氧化鈦微球表面活性，對(duì)二氧化鈦空心微球的成核、生長(zhǎng)、結(jié)晶都具有一定的影響，適量的乙醇添加量會(huì)促進(jìn)二氧化鈦微球的成核和結(jié)晶。將TiO2空心球作為散射

5、層應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池中，基于TiO2空心球散射層的DSSCs的量子效率(IPCE)最高值達(dá)到了85％。
　　 將一種高粘性的導(dǎo)電膠(C-Leit)以一定的比例與高催化活性的炭黑相混合做成漿料，利用刮涂法涂敷于導(dǎo)電玻璃上制成對(duì)電極。實(shí)驗(yàn)對(duì)這種對(duì)電極進(jìn)行了附著力測(cè)試和電化學(xué)阻抗譜測(cè)試，研究了其物理性能和電化學(xué)性能，結(jié)果表明，C-Leit的引入提高了炭黑與導(dǎo)電基底之間的附著力，同時(shí)也增加了對(duì)電極的導(dǎo)電性和催化活性。實(shí)驗(yàn)研究表明，