二氧化鈦納米晶和團(tuán)聚體的制備及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池因其制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉和相對(duì)較高的光電轉(zhuǎn)化效率等優(yōu)勢(shì)倍受關(guān)注。光陽(yáng)極作為染料敏化太陽(yáng)能電池的核心部件,起著負(fù)載染料、傳輸電子和增加光散射的作用。染料敏化太陽(yáng)能電池通常采用納晶TiO2介孔薄膜光陽(yáng)極。最近,一種新型的TiO2亞微米團(tuán)聚體被報(bào)道出來(lái),因其具有比表面積大、優(yōu)良的光散射性能等特點(diǎn),因此是有希望突破當(dāng)前染料敏化太陽(yáng)能電池性能的新型光陽(yáng)極材料。本文分別采用水熱法和溶膠凝膠-水熱法分別制備納晶TiO2和TiO2亞

2、微米團(tuán)聚體;分別研究了不同膜厚的納米晶的電池性能和基于二者的分級(jí)結(jié)構(gòu)的電池性能。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)利用水熱法可控合成了9~40nm范圍內(nèi)的納晶TiO2,研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、乙二醇量對(duì)納米顆粒尺寸、形貌、孔徑和孔分布的影響。未添加乙二醇時(shí),TiO2納米顆粒孔尺寸嚴(yán)重依賴于粒徑尺寸。乙二醇存在時(shí)顯著降低鈦鹽水解,利于合成大顆粒TiO2;EG含量低時(shí),孔尺寸變化規(guī)律仍然嚴(yán)重依賴于顆粒尺寸的變化,但EG含量高時(shí),隨著粒徑

3、尺寸的增加,TiO2納米顆粒材料的孔尺寸反而降低。將上述TiO2納米顆粒制備成不同膜厚的電池。測(cè)試表明,增加膜厚能顯著地提高光陽(yáng)極的光吸收能力,當(dāng)進(jìn)一步增加膜厚至19.2μm時(shí),盡管在低波段的吸收能力達(dá)到極限,但可以繼續(xù)增強(qiáng)光陽(yáng)極對(duì)紅區(qū)的光的吸收能力。隨著膜厚增加,短路電流密度先快速增加然后增加緩慢,而開(kāi)路電壓逐漸減小,電池效率先增加后減小,在膜厚8.6μm時(shí),電池效率3.67％,繼續(xù)增加膜厚至19.2μm時(shí),電池效率降低。
　　

4、(2)溶膠凝膠-水熱法成功可控制制備出平均尺寸200~600nm的TiO2亞微米團(tuán)聚體。十八胺的量、水量、靜置時(shí)間、水熱時(shí)間和水熱溫度對(duì)亞微米團(tuán)聚體尺寸和表面形貌均有影響,而氨水只會(huì)調(diào)控亞微米團(tuán)聚體的表面顆粒形貌和粗糙度,但是氨水量過(guò)多也會(huì)導(dǎo)致亞微米團(tuán)聚體及表面納米形貌破壞。測(cè)試表明,亞微米團(tuán)聚體TiO2和納晶TiO2分級(jí)結(jié)構(gòu)的光陽(yáng)極的紫外可見(jiàn)吸收能力在整個(gè)測(cè)試波段均有大幅提高,且拓寬了光吸收范圍。亞微米團(tuán)聚體TiO2和納晶TiO2分級(jí)