ZnO基染料敏化太陽能電池光陽極的制備及光伏性能研究.pdf

1、在能源危機與環(huán)境污染日益凸顯和亟待解決的大背景下，以太陽能為代表的新能源的開發(fā)與利用，實現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展成為緩解能源危機與環(huán)境污染局勢的關(guān)鍵。太陽能電池作為太陽能光伏應(yīng)用的有效器件之一，得到了越來越多的科研工作者的研究和關(guān)注。本論文對太陽能電池的研究發(fā)展狀況，尤其是染料敏化太陽能電池(DSSCs)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理、光電性能的影響因素以及表征測試方法，做了較為詳細的論述，著重把提高ZnO DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率作為本論文工作的

2、出發(fā)點，開展了以下幾方面的工作：
　　1.通過乙酸鋅水溶液處理ZnO納米晶光陽極，討論了ZnO納米晶DSSCs的表面化學修飾處理對 DSSCs光電性能及電化學性能的影響。研究表明乙酸鋅水溶液處理 ZnO納米晶光陽極后，光陽極中形成了納米團聚體結(jié)構(gòu)，并且隨著處理時間的延長，納米團聚體的數(shù)量增多且尺寸分布不均勻，表面有微孔。這樣的結(jié)構(gòu)一方面能有效減小納米晶顆粒間的晶界數(shù)，減小光生電子的散射，抑制電子的復合；另一方面，納米團聚體能起到光

3、散射層的作用，增加光的捕獲效率，而表面的微孔有利于電解液的滲入。
　　2.采用同軸靜電紡絲法制備了TiO2空心納米纖維，并經(jīng)聚乙二醇超聲分散后摻入到 ZnO納米晶漿料中，制備了一系列不同質(zhì)量分數(shù)的電極漿料，再通過傳統(tǒng)的刮涂法制備了TiO2/ZnO復合光陽極。研究了TiO2空心納米纖維作為光散射層對復合光陽極的光捕獲效率的影響，結(jié)合 ZnO納米顆粒在染料吸附方面的貢獻，討論了不同質(zhì)量分數(shù) TiO2空心納米纖維的摻雜對電池光電轉(zhuǎn)換效率

4、的影響。同時，研究了ZnO與TiO2由于能級結(jié)構(gòu)的差別在復合光陽極中形成的能量勢壘對電子注入和復合的影響。結(jié)果表明，隨著 TiO2空心纖維的摻入，光陽極的光捕獲效率逐漸增大，尤其是在600～800 nm的光波區(qū)域內(nèi)。TiO2空心纖維的質(zhì)量分數(shù)為10％時，獲得最大的短路電流密度13.15 mA·cm–2和最高的光電轉(zhuǎn)換效率4.59%。
　　3.采用溶膠凝膠法制備前驅(qū)體溶液，結(jié)合靜電噴霧法制備了ZnO納米球。將其作為陽極材料，組裝Zn