TiO-,2-染料敏化太陽(yáng)能電池和BaSnO-,3-納米顆粒光電性質(zhì)研究.pdf

1、太陽(yáng)能作為一種取之不盡、用之不竭的綠色能源是解決能源危機(jī)的最佳途徑之一。染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-Sensitized Solar Cell，DSSC)由于制作工藝簡(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定并且對(duì)環(huán)境無(wú)污染等特點(diǎn)，具有重要的研究?jī)r(jià)值和良好的開(kāi)發(fā)前景。本文通過(guò)半導(dǎo)體電極和對(duì)電極的制備、染料敏化太陽(yáng)能電池的組裝和電池光電轉(zhuǎn)化性能測(cè)試等，研究了DSSC半導(dǎo)體電極、對(duì)電極、電解液組成與電池性能的關(guān)系，并得到了2.26％的光電轉(zhuǎn)化效率。通過(guò)表面光電壓譜

2、的測(cè)試，研究了溶膠—凝膠法制備的BaSnO<,3>納米顆粒和N719-BaSnO<,3>復(fù)合體系的表面光電壓特性以及N719對(duì)BaSnO<,3>納米顆粒的敏化，為其在DSSC中的應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。主要作了以下有意義的工作： 1.本文以TiO<,2>粉體(P25)為原料，加入水、分散劑后進(jìn)行研磨，把所得的漿料涂敷在導(dǎo)電玻璃上成膜，550℃熱處理30分鐘后，在N719染料的乙醇溶液(5×10<'-5>M)中浸泡24 h，得到

3、TiO<,2>/染料電極。用夾子把TiO<,2>/染料電極和鍍Pt的對(duì)電極夾緊，在兩者之間滴加電解液，即完成染料敏化太陽(yáng)能電池的制作。并使用CHI660電化學(xué)工作站測(cè)試電池的光電轉(zhuǎn)化性能。 2.探討了TiO<,2>薄膜的退火溫度、TiCl<,4>處理和TiO<,2>薄膜在染料中的浸泡時(shí)間、電解液的配置以及Pt對(duì)電極對(duì)電池光電轉(zhuǎn)化性能的影響。結(jié)果表明，TiO<,2>薄膜在550℃退火30 min后，TiCl<,4>處理30 min

4、，在N719染料的乙醇溶液中(5×10<'-5>M)浸泡24 h可獲得較好的電池性能。電解液中添加4-叔丁基吡啶和對(duì)電極經(jīng)Pt修飾后，都可以使電池的性能得到改善。當(dāng)電池的面積為0.25 cm<'2>，氙燈的輻照功率密度為100 mW/cm<'2>時(shí)，電池的開(kāi)路電壓為614 mV，短路電流為1.62 mA，填充因子為0.57，可獲得2.26％的光電轉(zhuǎn)化效率。 3.歸納了染料敏化太陽(yáng)能電池和光合作用的聯(lián)系。新型太陽(yáng)能電池—染料敏化太

5、陽(yáng)能電池Dye-Sensitized Solar Cell(DSSC)和植物的光合作用有著密切而深刻的聯(lián)系，本文在原理、結(jié)構(gòu)和組成物質(zhì)三個(gè)方面分別對(duì)DSSC和光合作用進(jìn)行了分析和比較，由此得出，DSSC是光合單位的模擬，DSSC的產(chǎn)生是自然現(xiàn)象對(duì)人類(lèi)的啟示。認(rèn)識(shí)二者的聯(lián)系對(duì)DSSC的研究、改進(jìn)有重要意義。 (1)通過(guò)把DSSC與光合作用過(guò)程的比較與對(duì)照，有助于加深對(duì)DSSC工作過(guò)程的理解，其中光致電荷分離和電荷轉(zhuǎn)移是核心過(guò)程；

6、 (2)向自然學(xué)習(xí)，改進(jìn)DSSC的結(jié)構(gòu)； (3)啟發(fā)人們提取和合成天然染料； (4)將植物光合作用的物質(zhì)借鑒到染料敏化太陽(yáng)能電池中。 4.使用溶膠—凝膠法制備了晶粒尺寸為40 nm左右的BaSnO<,3>納米顆粒，研究了BaSnO<,3>納米顆粒的表面光電壓特性，結(jié)果表明其在300-450 nm之間有明顯的表面光電壓響應(yīng)，最大值在357nm左右。研究了N719-BaSnO<,3>復(fù)合體系的表面光電壓響應(yīng)，發(fā)

7、現(xiàn)N719有機(jī)染料對(duì)BaSnO<,3>具有有效的敏化作用。N719在N719-BaSnO<,3>復(fù)合體系的表面光電壓響應(yīng)中起著重要的作用，它增強(qiáng)了BaSnO<,3>納米顆粒的光電壓響應(yīng)，并且使BaSnO<,3>納米顆粒的光電壓響應(yīng)閾值從450 nm拓展到了600 nm，N719和BaSnO<,3>納米顆粒之間的電荷轉(zhuǎn)移是形成敏化效果的原因。價(jià)帶譜表明兩者能級(jí)的相對(duì)位置可以使電子從激發(fā)態(tài)的N719染料注入到BaSnO<,3>納米顆粒的導(dǎo)帶

8、。這些結(jié)果表明N719-BaSnO<,3>復(fù)合體系可能被應(yīng)用在光電轉(zhuǎn)化領(lǐng)域尤其是染料敏化太陽(yáng)能電池方面。BaSnO<,3>是一種重要的陶瓷材料，人們對(duì)它的介電和光催化性質(zhì)已經(jīng)有了廣泛的研究，但是其光電性質(zhì)研究較少。我們利用表面光電壓譜和電場(chǎng)誘導(dǎo)表面光電壓譜對(duì)BaSnO<,3>納米顆粒表面光電壓性質(zhì)進(jìn)行了研究。這些結(jié)果不僅使人們對(duì)BaSnO<,3>的性質(zhì)有了更多的認(rèn)識(shí)和了解，而且對(duì)于DSSC電極材料的豐富和擴(kuò)展具有十分重要的意義，使得具有