TiO2納米晶多孔薄膜光陽極的合成及其光電轉(zhuǎn)換性能研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized solar cells,簡稱DSSCs)是一種新型太陽能電池,因其制作成本低、工藝簡單、光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點而成為國內(nèi)外競相研究的熱點。
　　 本論文分別采用水熱法、溶膠-凝膠法合成了TiO2納米晶與TiO2致密薄膜,將所合成的納米晶與致密薄膜用于制備TiO2薄膜光陽極,并組裝成染料敏化太陽能電池。采用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、臺階儀、紫外一可見分光光度計對TiO2納米晶粒的

2、晶體結(jié)構(gòu)、多孔薄膜的表面形貌、薄膜厚度和光學吸收性能進行表征,并采用模擬太陽光和伏安曲線掃描法對電池的光伏性能進行檢測。研究了納米晶的晶體結(jié)構(gòu)與表面形貌、薄膜厚度、致密層對光陽極光電轉(zhuǎn)化性能的影響規(guī)律,主要內(nèi)容如下:
　　 以鈦酸丁酯為原料,在水熱過程中分別加入不同質(zhì)量分數(shù)的聚乙二醇2000和聚乙二醇600合成TiO2納米晶。發(fā)現(xiàn)聚乙二醇的加入抑制了銳鈦礦型TiO2納米晶粒的生長,促進了金紅石型晶粒的生長；當PEG2000的含量

3、為5％時,用不添加4-叔丁基吡啶的電解質(zhì)體系組裝的電池的光電轉(zhuǎn)換效率為2.86％；聚乙二醇600的含量為10％時開始出現(xiàn)金紅石相,在含量為1％時制備的薄膜電極性能最好,光電效率為1.85％；適量的PEG濃度有助于光陽極光電性能的提高。
　　 研究薄膜厚度對光陽極光電轉(zhuǎn)換性能的影響規(guī)律。隨著薄膜厚度的增加,光陽極的光學吸收率首先快速增加,然后變化緩慢；電池的短路電流密度、開路電壓先增加后減小,填充因子則持續(xù)下降,電池的光電轉(zhuǎn)換效率

4、先增加,在10.12μm時達到最高,然后略有下降。因此,對于有特定納米晶材料構(gòu)成的光陽極而言,存在一個最佳的薄膜厚度。
　　 采用溶膠-凝膠法在納米晶多孔薄膜與襯底之間添加TiO2致密薄膜,發(fā)現(xiàn)致密薄膜的引入提高了染料敏化太陽能電池的開路電壓與填充因子,但是隨著致密層薄膜厚度的增加填充因子減小。當溶膠濃度為0.15mol/L,致密層薄膜的厚度為3層時,在AM1.5(100mW/cm2)光照下電池的光電轉(zhuǎn)換性能達到最高,為3.21