染料敏化太陽電池光陽極的構(gòu)筑及性能研究.pdf

1、染料敏化太陽電池具備相對較高的光電轉(zhuǎn)化效率，并且制備工藝簡單、成本低廉，使其近年來備受關(guān)注。光陽極是染料敏化太陽電池的關(guān)鍵部件，在負(fù)載染料、輸運電子方面起著重要的作用。目前，染料敏化太陽電池一般采用納米結(jié)構(gòu)的TiO2作為光陽極材料。ZnO與TiO2的能級結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)相似，同時ZnO具有比TiO2更快的電子傳導(dǎo)速度，且制備方法簡單，因此ZnO被認(rèn)為是替代TiO2納米粒子的最佳材料。此外，近年來基于多孔結(jié)構(gòu)的TiO2亞微米團(tuán)聚體的光陽極也

2、逐漸走進(jìn)人們的視野。該類電極具有豐富的比表面積和優(yōu)越的光散射性能，同時TiO2亞微米團(tuán)聚體之間較大的孔隙能提供更為良好的電解質(zhì)輸運通道，從而有利于電解質(zhì)在薄膜中的傳輸。本文分別采用溶劑熱法和溶膠凝膠-水熱法制備了納晶ZnO和具有多孔結(jié)構(gòu)的TiO2亞微米團(tuán)聚體，分別研究了基于ZnO和具有多孔結(jié)構(gòu)TiO2亞微米團(tuán)聚體的染料敏化太陽電池的器件性能。此外，我們采用氧化鎂對光陽極進(jìn)行包覆，研究了在光陽極表面包覆寬帶隙半導(dǎo)體對器件性能的影響。

3、>　　（1）采用溶劑熱法制備直徑為20nm左右的纖鋅礦型ZnO納米顆粒，將其制備成不同厚度的薄膜光陽極，并組裝成器件。研究表明，隨著電極薄膜厚度的增大，器件的光捕獲效率逐步提高，而電池的IPCE呈先升高后降低的趨勢。在膜厚較薄時，器件光捕獲能力的提高占主導(dǎo)，而當(dāng)ZnO膜厚較厚時，光注入電子與I3-的復(fù)合加劇，因此導(dǎo)致器件的IPCE先增大后下降。為解決這一問題，我們對ZnO光陽極膜進(jìn)行表面包覆寬帶隙半導(dǎo)體MgO來抑制電子復(fù)合作用。研究表明

4、，盡管包覆MgO后光陽極吸附的染料有所減少，光捕獲率有所降低，但當(dāng)膜厚達(dá)到11.1μm和17.3μm時，電池的IPCE相對包覆前有所升高。同時，包覆MgO后器件的開路電壓增大了100-142mV，ZnO薄膜厚度為17.3μm時，其效率最高，為2.27％。
　?。?）經(jīng)溶膠凝膠-水熱法成功制備了具有多孔結(jié)構(gòu)的TiO2亞微米團(tuán)聚體，該亞微米團(tuán)聚體尺寸為400~600nm，由直徑約為20nm的納米粒子團(tuán)聚而成。將具有多孔結(jié)構(gòu)的TiO2亞