BaSnO-,3-染料敏化太陽(yáng)能電池的制備及其性能研究.pdf

1、隨著全球變暖，大氣污染問題日趨嚴(yán)重化以及常規(guī)能源供應(yīng)耗盡，開發(fā)和利用可再生綠色能源已成為人類社會(huì)所面臨的重大課題。今天，太陽(yáng)能發(fā)電被廣泛認(rèn)為是一種可持續(xù)增長(zhǎng)的、綠色可再生的能源技術(shù)，而太陽(yáng)能電池已經(jīng)漸漸應(yīng)用于各種各樣的領(lǐng)域，從消費(fèi)電子、小尺度分布式系統(tǒng)到兆瓦規(guī)模的集中火力發(fā)電廠都能發(fā)現(xiàn)它的存在。目前，太陽(yáng)能電池是以固態(tài)光伏電池為主導(dǎo)的。以后太陽(yáng)能電池將會(huì)向低廉高效的方向發(fā)展，染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-Sensitized SolarC

2、ell，DSSC)則正是因?yàn)檫@樣的優(yōu)勢(shì)而獲得了廣泛的關(guān)注。雖然這種電池已經(jīng)具有適度的光電轉(zhuǎn)化效率，可是仍有許多方面需要進(jìn)一步改進(jìn)，比如電子的傳輸以及光吸收范圍等。
　　 自從瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Gr(a)tzel教授發(fā)明了這種由染料拓寬半導(dǎo)體納米多孔薄膜光吸收范圍的太陽(yáng)能電池之后，許多的學(xué)術(shù)以及商業(yè)研究機(jī)構(gòu)都對(duì)其產(chǎn)生了很大的興趣并投入了大量的資金與精力去提高其效率以及組裝電池的更好方法。尤其是在之后的6年中，Gr(a)tzel

3、教授的小組得到美國(guó)國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的證明將其電池效率提高至10％。染料敏化太陽(yáng)能電池一般是由納米晶氧化物半導(dǎo)體做成的薄膜電極，染料敏化劑，電解液，對(duì)電機(jī)以及透明導(dǎo)電襯底組成。具有代表性的就是將二氧化鈦薄膜作為電池陽(yáng)極，鉑電極作為對(duì)電極，然后加入溶于有機(jī)溶劑的I3-/I-溶液作為電解液，這樣就組成了一個(gè)具有三明治結(jié)構(gòu)的DSSC。由于具有廉價(jià)，市場(chǎng)資源充足，無毒，生物相適性，并且可以大規(guī)模用在保健品以及繪畫顏料上，TiO2是作

4、為DSSC陽(yáng)電極材料的最佳選擇。但是二氧化鈦也有很大的光催化性質(zhì)，有可能分解染料，因而有出現(xiàn)了很多關(guān)于其它材料的報(bào)道。
　　 以前的對(duì)工作電極材料的研究都只是針對(duì)二元氧化物，比如TiO2，ZnO，SnO2，Nb2O5和In2O3。相對(duì)而言，多元氧化物很少有人研究過。據(jù)我們所知僅僅的報(bào)道只有SrTiO3和最近的Zn2SnO4。與二元氧化物相比，多元氧化物的材料具有更自由的條件去調(diào)節(jié)材料的化學(xué)和物理性質(zhì)，接著通過這種對(duì)其性能的改變而

5、尋找到最適合作為電池工作陽(yáng)極材料。本文通過利用不同方法制備BaSnO3顆粒并測(cè)試其形貌和光學(xué)性質(zhì)，研究了不同制備方法對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)的影響。通過表面光電壓和將其作為工作電極組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池，研究了不同制備方法的BaSnO3顆粒性質(zhì)之間的差異和電池不同效率之間的關(guān)系，并得到了1.1％的光電轉(zhuǎn)化效率。主要作了以下有意義的工作：
　　 1.分別使用共沉淀，水熱和固相三種方法制備出顆粒大小在0.1-1.1μm范圍內(nèi)的BaSnO3顆粒

6、，分別利用X射線衍射，掃描電子顯微鏡，比表面積儀，拉曼光譜研究其結(jié)構(gòu)與形貌情況，并研究了其敏化前后的表面光電壓特性曲線。其結(jié)果顯示共沉淀法制備的BaSnO3樣品具有最好的光電效應(yīng)并且與N719具有最好的相互作用有可能做成敏化太陽(yáng)能電池。
　　 2.分別以三個(gè)不同方法制備的BaSnO3樣品為原料，加入水、分散劑后進(jìn)行研磨，把所得的漿料涂敷在導(dǎo)電玻璃上成膜，550℃熱處理30 min后，在N719染料的乙醇溶液(5×10-5 M)中

7、浸泡24 h，得到BaSnO3/染料電極。用夾子把BaSnO3/染料電極和鍍Pt的對(duì)電極夾緊，在兩者之間滴加電解液，即完成染料敏化太陽(yáng)能電池的制作。并使用CHI660電化學(xué)工作站測(cè)試電池的光電轉(zhuǎn)化性能。得到1.1％的光電轉(zhuǎn)化效率。
　　 3.通過改進(jìn)后的水熱法制備出具有菱形十二面體結(jié)構(gòu)的BaSnO3顆粒，并利用X射線衍射，掃描電子顯微鏡，拉曼光譜，紅外光譜研究其結(jié)構(gòu)與形貌情況。其結(jié)果當(dāng)溫度上升至240℃時(shí)得到所需結(jié)構(gòu)，其顆粒大小