TiO2納米晶多孔薄膜光陽極的合成及其光電轉換性能研究.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、光電轉換效率高等優(yōu)點而成為國內外競相研究的熱點。
　　 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、晶體結構、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構與表面形貌、薄膜厚度、致密層對光陽極光電轉化性能的影響規(guī)律,主要內容如下:
　　 以鈦酸丁酯為原料,在水熱過程中分別加入不同質量分數的聚乙二醇2000和聚乙二醇600合成TiO2納米晶。發(fā)現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體系組裝的電池的光電轉換效率為2.86％；聚乙二醇600的含量為10％時開始出現金紅石相,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換性能達到最高,為3.21