染料敏化太陽能電池用光陽極材料制備及性能研究.pdf

1、本文研究了染料敏化電池的制備工藝，并且在設(shè)計(jì)和制備了不同形貌的光陽極半導(dǎo)體層及 TiO2材料的基礎(chǔ)上，分別制備了聯(lián)吡啶釕類及卟啉類染料敏化太陽能電池，通過優(yōu)化材料性能、光學(xué)性能及電化學(xué)性能提升電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
　　采用商品化的P25納米顆粒為原料，通過調(diào)節(jié)分散溶劑和分散方式得到制作最為均勻漿料的方法。對比和研究了漿料涂布的工藝及厚度，確定以絲網(wǎng)印刷的方法制備高效的染料敏化太陽能電池的工藝。
　　通過微乳液法合成了高比表面

2、積的TiO2材料，并以此為散射核心制備出具有核心漸進(jìn)結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池。通過光電轉(zhuǎn)化效率測試證明具有漸進(jìn)結(jié)構(gòu)的電池的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到7.34％，相比普通均一結(jié)構(gòu)電池提升了20.43%。以 porphyrine-1為敏化劑，制備了核心漸進(jìn)卟啉類染料敏化太陽能電池，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到4.04%。通過對比發(fā)現(xiàn)，漸進(jìn)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層更有利于提升卟啉類電池的光電性能，相比與普通均一結(jié)構(gòu)的電池提升了21.34%。
　　利用模板法制備了具有不

3、同孔徑的半導(dǎo)體層，通過對比其材料學(xué)及光學(xué)性質(zhì)，證明了半導(dǎo)體層中孔徑越大，光吸收及散射作用越強(qiáng)，但單位光陽極的染料吸附能力越差。通過將不同尺寸孔徑的半導(dǎo)體層按照不同順序涂布，制備出具有孔徑漸進(jìn)結(jié)構(gòu)的染料敏化電池。通過光電性能測試證明，具有孔徑漸進(jìn)變大的染料敏化電池的光電轉(zhuǎn)化效率最高，達(dá)到7.80%。交流阻抗測試表明，孔徑漸進(jìn)變大結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層可以有效的滲透電解質(zhì)，從而降低電池內(nèi)阻，進(jìn)而得到更好的光電性能。以 porphyrine-2為敏化

4、劑，制備了孔徑漸進(jìn)卟啉類染料敏化太陽能電池，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到6.01%，比普通光陽極制得電池的光電性能提升14.48%。
　　采用多種方法制備了不同形貌但尺寸近似的TiO2材料，將它們制備成均一或多層結(jié)構(gòu)的染料敏化電池，并對比和分析其光電性能。通過研究發(fā)現(xiàn)，亞微米級 TiO2更適于作為電池中的散射層，最高可以使聯(lián)吡啶釕類電池的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到6.21%。通過電化學(xué)測試證明具有連續(xù)結(jié)構(gòu)的TiO2可提升電池的電子傳輸壽命。利用porp

5、hyrine-3制備出具有多種散射層結(jié)構(gòu)的卟啉類染料敏化電池，發(fā)現(xiàn)無論哪種TiO2材料制備的散射層均可提升卟啉類電池的光電性能，而且提升幅度較聯(lián)吡啶釕類電池大。通過分析單色光量子效率的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)亞微米級材料制備的散射層能有效的提高450-600nm的光譜吸收，彌補(bǔ)了卟啉分子字在500nm左右的吸收缺陷，從而大幅提升光電性能。
　　以簡易法制備的納米顆粒團(tuán)聚型球，微球?yàn)殇J鈦礦摻雜少量板鈦礦相的TiO2，并可以通過尿素和聚乙烯吡咯烷酮