TiO2納米晶和納米棒的制備及其在染料敏化太陽電池中的應(yīng)用.pdf

1、能源是當今世界發(fā)展和經(jīng)濟增長的基石,是人類社會繼續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。尋找一種綠色環(huán)保且可再生的替代能源是世界各國解決能源危機和環(huán)境污染問題的研究焦點和熱點。本文以仿植物光合作用的染料敏化太陽電池為研究對象,詳細研究了染料敏化太陽電池的工作原理及各部件之間的相互工作機制和制約關(guān)系。設(shè)計與制備了具有不同組成和微觀結(jié)構(gòu)的介孔TiO2薄膜電極,結(jié)合高摩爾消光系數(shù)釕染料C106制作太陽電池,利用紫外-可見吸收光譜技術(shù)和J-V特性曲線比較評價電池的光電性

2、能和參數(shù),采用瞬態(tài)光電流衰減和電化學(xué)阻抗技術(shù)進一步深入研究電池的電子輸運微觀動力學(xué)機制。整個論文包括以下三個部分:
　　(1)利用溶膠-凝膠法和水熱晶化技術(shù)相結(jié)合,制備了粒徑為20nm的TiO2納米晶,經(jīng)絲網(wǎng)印刷制備不同厚度的介孔薄膜電極,研究介孔TiO2薄膜厚度對染料敏化太陽電池性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),隨著介孔TiO2薄膜厚度的增加,電池的短路電流密度增加,開路電壓下降。這是由于薄膜厚度的增加,電極的總表面積隨之增加,吸附更多的染

3、料分子,從而增強了器件的光俘獲能力,但同時也增加了介孔TiO2薄膜電極與電解質(zhì)之間的接觸面積,并增加了光生電子到集流器的傳輸歷程。
　　(2)利用二次水熱生長體系,制備了平均直徑為30nm、長度為137nm的金紅石型TiO2單晶納米棒,分別以0、5、10wt％的比例與納米晶混合制備漿料,絲網(wǎng)印刷7.6μm厚度的介孔TiO2薄膜電極,以C106染料敏化組裝一系列太陽電池。研究介孔 TiO2薄膜電極的電荷傳輸動力學(xué)發(fā)現(xiàn),一維 TiO2

4、納米棒的添加可以降低電子在TiO2/電解質(zhì)界面的復(fù)合速率,延長電子壽命,增加擴散長度,降低電子在TiO2/電解質(zhì)界面的復(fù)合速率,有效促進電池的電子輸運性能,進而提高太陽電池性能。
　　(3)利用水熱合成法在導(dǎo)電玻璃基底上生長出金紅石 TiO2納米棒陣列,通過控制生長時間,獲得高度分別為1.21μm和2.17μm的TiO2納米棒陣列薄膜,與C106染料結(jié)合制備光陽極,組裝電池。研究結(jié)果表明,一維 TiO2納米棒有序陣列結(jié)構(gòu)能有效降低