基于復(fù)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(shù)為支撐的太陽能利用正在給人類的能源消費結(jié)構(gòu)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(yīng)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(dǎo)。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(fù)合薄膜光陽極的染料敏化太陽能電池的制備技術(shù)、光伏性能和電化學(xué)性能,其具體研究內(nèi)容如下:
　　 基于TiO2納米顆粒／納米線復(fù)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(shù)制備TiO2納米線粉末,然后采用溶膠-凝膠技術(shù)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(dǎo)電玻璃上制備TiO2納米顆粒／納米線復(fù)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(jié)構(gòu)、形貌和電池光伏性能的影響。結(jié)果表明:TiO2納米顆粒／納米線復(fù)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(luò)狀結(jié)構(gòu)；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(zhuǎn)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(fù)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(fù)合漿料,采用刮涂法涂敷在透明導(dǎo)電玻璃上制備ZnO／TiO2復(fù)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(jié)果表明:當(dāng)ZnO與TiO2的質(zhì)量比為50:50時DSSC的效率最高,此時的光電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移特性。
　　 染料敏化太陽能電池的電化學(xué)阻抗譜分析。本文應(yīng)用電化學(xué)阻抗譜技術(shù)對染料敏化太陽能電池中電子轉(zhuǎn)移過程的阻抗特性進(jìn)行了研究。根據(jù)不同正負(fù)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(jié)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(jìn)行擬合,擬合結(jié)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