染料敏化太陽(yáng)能電池中CuO-TiO2薄膜制備及應(yīng)用.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)谀茉蠢梅矫鎻拈g接的木材、煤炭、石油、風(fēng)能、潮汐能到現(xiàn)今直接利用太陽(yáng)能，能源的開(kāi)發(fā)技術(shù)日新月異。同時(shí)，太陽(yáng)能作為一種取之不盡用之不竭的綠色能源之源也是解決目前能源危機(jī)的最佳途徑之一，世界各主要經(jīng)濟(jì)體都在投入大量的人力、物力、財(cái)力推動(dòng)太陽(yáng)能直接利用的技術(shù)革新。當(dāng)前作為最熱門(mén)的當(dāng)屬于染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-SensitizedSolarCell，DSSC)的開(kāi)發(fā)利用。染料敏化太陽(yáng)能電池由于制作工藝簡(jiǎn)單、成本低、

2、穩(wěn)定性高且對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，具有重要的研究?jī)r(jià)值和良好的發(fā)展前景。本文采用普通直流電沉積和超聲輔助直流電沉積制備CuO/TiO2納米管陣列/Ti基復(fù)合薄膜。利用掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線(xiàn)衍射儀(XRD)對(duì)兩種復(fù)合薄膜材料電極的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，詳細(xì)考察了電鍍工藝參數(shù)(電流密度)和超聲波對(duì)復(fù)合薄膜形貌的影響。同時(shí)通過(guò)穩(wěn)態(tài)光響應(yīng)技術(shù)對(duì)復(fù)合薄膜電極組成的染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)光電性能進(jìn)行了研究，并得到了5.39％的光電轉(zhuǎn)化效

3、率。
　　 本論文主要做了如下工作：
　　 1.采用陽(yáng)極氧化法在鈦片上制備了排列有序、垂直生長(zhǎng)的二氧化鈦納米管陣列，較優(yōu)制備工藝條件是：外加氧化電壓25V，反應(yīng)時(shí)間20min，HF電解液濃度0.5wt％。在掃描電鏡下觀(guān)察到：二氧化鈦管長(zhǎng)、內(nèi)徑分別約為450nm、120nm。
　　 2.以制備好的TiO2納米管陣列做陰極，鉑金片做電極的陽(yáng)極，以濃度為3.28g/L的CuSO4水溶解作為電解液，在室溫持續(xù)磁力攪拌下，

4、通過(guò)調(diào)節(jié)外加電流密度(1Am/cm2、3Am/cm2、6Am/cm2、12.Am/cm2)制備出了各種含Cu量不同的Cu/TiO2納米管陣列/Ti基復(fù)合薄膜。而后將復(fù)合薄膜通過(guò)NaOH溶液恒溫水浴氧化后制得CuO/TiO2納米管陣列/Ti基復(fù)合薄膜。將制備好的復(fù)合薄膜浸泡在N719無(wú)水乙醇溶液中24小時(shí)，得到普通直流電沉積下的CuO/TiO2納米管陣列/Ti基復(fù)合薄膜光陽(yáng)極。用夾子將一片CuO/TiO2納米管陣列/Ti基復(fù)合薄膜電極和一

5、片Pt/FTO面對(duì)面夾緊，從在PE膜融化后留下的間隙子鄰邊一側(cè)滴加電解液，而后封裝得到普通直流電沉積下以CuO/TiO2納米管陣列/Ti基復(fù)合薄膜為光陽(yáng)極的染料敏化太陽(yáng)能電池。通過(guò)電子掃描顯微鏡、X射線(xiàn)衍射儀和穩(wěn)態(tài)光響應(yīng)條件下對(duì)其光電性能的研究，得出普通電直流電沉積下最佳制備工藝為：外加電流密度3Am/cm2、5min(注：本實(shí)驗(yàn)的鍍銅沉積時(shí)間均為5min)。SEM表征檢測(cè)表明：在此工藝參數(shù)下氧化銅均勻覆蓋在納米管表面，同時(shí)可以看到管并

6、沒(méi)有被封死；XRD分析可知：此時(shí)氧化銅的特征峰比較明顯，在這個(gè)工藝條件下氧化銅和二氧化鈦達(dá)到了普通直流電沉積下的最佳匹配值；通過(guò)穩(wěn)態(tài)光響應(yīng)測(cè)試到最佳光電性能：開(kāi)路電壓0.664V、短路電流9.00Am/cm2、填充因子0.512、轉(zhuǎn)化效率3.06％。
　　 3.超聲輔助直流電沉積電極制備和電池組裝過(guò)程基本和普通電沉積制備CuO/TiO2納米管陣列/Ti基復(fù)合薄膜相同，只是在電極制備過(guò)程將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置放于超聲波清洗機(jī)中，使得整個(gè)沉