基于復合光陽極的染料敏化太陽能電池的研究.pdf

1、以太陽能光伏技術為支撐的太陽能利用正在給人類的能源消費結構帶來革命性的變化。目前太陽能電池的主流產(chǎn)品是硅基太陽能電池,但硅基太陽能電池成本偏高,原料供應緊張。染料敏化太陽電池(Dye-Sensitized Solar Cell,簡稱DSSC)具有廉價的成本、豐富的資源、穩(wěn)定的性能、生產(chǎn)過程簡單、無毒、無污染且適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)勢,有可能取代硅基太陽能電池,成為未來太陽能電池的主導。本文重點研究了基于TiO2納米顆粒／納米線和ZnO／Ti

2、O2兩種復合薄膜光陽極的染料敏化太陽能電池的制備技術、光伏性能和電化學性能,其具體研究內(nèi)容如下:
　　 基于TiO2納米顆粒／納米線復合光陽極的染料敏化太陽能電池的研究。采用水熱合成技術制備TiO2納米線粉末,然后采用溶膠-凝膠技術制備鈦酸丁酯溶膠,向溶膠中加入適量的TiO2納米線制備凝膠漿體,采用浸漬提拉法在透明導電玻璃上制備TiO2納米顆粒／納米線復合薄膜的光陽極。通過XRD、SEM、電池的J-V特性測試,研究TiO2納米線

3、的添加量對光陽極的結構、形貌和電池光伏性能的影響。結果表明:TiO2納米顆粒／納米線復合薄膜中TiO2納米線分布比較均勻,且形成彼此連接的網(wǎng)絡狀結構；隨著溶膠中TiO2納米線添加量的增加,電池的短路電流密度JSC從1.84mA／cm2增加到13.50mA／cm2,能量轉換效率從未添加TiO2納米線的0.85％提高到6.61％,開路電壓和填充因子基本保持不變。
　　 基于ZnO／TiO2復合光陽極的染料敏化太陽能電池的研究。采用低

4、溫水溶液法制備ZnO微米棒,然后將ZnO微米棒與TiO2納米粉以不同的比例混合制備成復合漿料,采用刮涂法涂敷在透明導電玻璃上制備ZnO／TiO2復合薄膜光陽極。通過XRD、SEM、電池的J-V特性測試,研究ZnO微米棒與TiO2納米粉的比例對光陽極的形貌和電池光伏性能的影響。結果表明:當ZnO與TiO2的質量比為50:50時DSSC的效率最高,此時的光電轉換效率比純TiO2電池的效率提高了31％,這主要是由于ZnO微米棒更高的光利用率和

5、良好的電子轉移特性。
　　 染料敏化太陽能電池的電化學阻抗譜分析。本文應用電化學阻抗譜技術對染料敏化太陽能電池中電子轉移過程的阻抗特性進行了研究。根據(jù)不同正負偏壓條件下測試得到的染料敏化太陽能電池的的阻抗圖,結合DSSC的工作原理,建立了DSSC在不同偏壓條件下的等效電路模型。并用該模型對不同偏壓下實測阻抗譜進行擬合,擬合結果與實測阻抗譜吻合的比較好,且獲得等效電路模型中各元件參數(shù)的數(shù)值比較合理,表明所建立的等效電路模型是合理的