染料敏化太陽能電池的制備及TiO2電極性能的優(yōu)化.pdf

1、近年來,染料敏化太陽能電池(DSSC)以其穩(wěn)定的性能、低廉的成本優(yōu)勢受到廣泛關(guān)注,并被視為傳統(tǒng)硅電池的最佳替代產(chǎn)品。在染料敏化太陽能電池的各個(gè)制備環(huán)節(jié)中,多孔納米晶TiO2薄膜電極無疑是最重要的環(huán)節(jié),通過對TiO2的優(yōu)化,如增加散射層來提高染料的吸收來提高電池的整體轉(zhuǎn)換效率。因此,在染料敏化太陽能電池的研究中,TiO2薄膜的制備工藝成了目前研究的重要課題。目前國內(nèi)外的研究小組都嘗試通過對多孔納米晶薄膜進(jìn)行物理、化學(xué)等優(yōu)化處理方法來提高D

2、SSC的光電轉(zhuǎn)換性能。這其中包括用TiCl4和酸溶液等處理多孔薄膜電極,改善電子在多孔納米晶薄膜中的傳輸性能。TiO2薄膜的制備方法采用絲網(wǎng)印刷技術(shù),其特點(diǎn)是制膜均勻,易控制膜厚。
　　 本文討論了染料敏化太陽能電池制備的主要工藝過程,這主要包括溶膠-凝膠法制備TiO2納米顆粒、絲網(wǎng)印刷制備TiO2多孔電極和鉑對電極。同時(shí)做了一系列工藝優(yōu)化工作,包括改變TiO2薄膜厚度,HCl預(yù)處理納米TiO2膠體,用四氯化鈦處理TiO2電極以

3、及添加大粒子散射層。從染料吸附量,納米晶顆粒的堆積方式和電接觸以及對入射光的操控來提高光陽極性能,研究其對電池效率的影響。TiCl4處理包括對清洗干凈的導(dǎo)電玻璃的預(yù)處理和納米晶電極退火之后的處理。TiCl4處理之后可以形成二氧化鈦微晶。第一次處理作用是在導(dǎo)電玻璃的表面上形成一層二氧化鈦微晶,這層微晶有利于電子由薄膜傳向?qū)щ娀?。第二次處理作用是在納米TiO2顆粒表面包裹微晶,增強(qiáng)納米TiO2顆粒間的電接觸,提高電子在納米顆粒間的傳輸速度

4、。用HCl預(yù)處理TiO2膠體,HCl分子可以吸附在TiO2顆粒的表面,阻止粒子的團(tuán)聚。同時(shí),H+也可以吸附在納米顆粒表面,使得粒子表面的電位變?yōu)檎?TiO2顆粒表面電位升高,也就是增加了顆粒表面的電場強(qiáng)度。肖特基勢壘受到金屬-半導(dǎo)體(FTO-TiO2)界面電場的影響,當(dāng)界面電場越高時(shí),肖特基勢壘會(huì)隨著下降,增加了電子躍遷機(jī)率,從而提高了光生電流。我們采用的雙層膜結(jié)構(gòu),也就是在粒徑為25nm的傳輸層薄膜上,增加一層粒徑為250nm的二氧化