染料敏化太陽(yáng)能電池的制備及優(yōu)化研究.pdf

1、染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池(DSSC)的工作原理與自然界中植物利用太陽(yáng)能進(jìn)行的光合作用的原理類似，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。在制備DSSC的各個(gè)環(huán)節(jié)中，最重要的環(huán)節(jié)是多孔納米晶TiO2薄膜的制備，因?yàn)槲缴先玖系腡iO2電極(即光陽(yáng)極)對(duì)太陽(yáng)光的利用率很大程度上決定了DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　 TiO2電極影響電池的太陽(yáng)光利用率高低因素主要包括：(1)、染料分子吸附的數(shù)量。(2)、光傳播路徑的長(zhǎng)短。(3)、光生載流子的復(fù)合速率。(4

2、)、TiO2的帶隙寬度決定電池能引起的光響應(yīng)范圍(能夠利用到的太陽(yáng)光的波段范圍)。
　　 本文主要針對(duì)影響TiO2電極的因素進(jìn)行一系列的優(yōu)化處理包括添加大小顆?；旌仙⑸鋵蛹皩?duì)傳輸層TiO2進(jìn)行稀土鉺的摻雜改性。添加散射層能夠解決電池中光的傳播路徑短的問(wèn)題，因?yàn)樾☆w粒的TiO2雖然有很大的比表面積，能夠吸附的染料分子比大顆粒的多，但是單層小顆粒的納米TiO2薄膜近乎是透明的，無(wú)法發(fā)生光散射效應(yīng)，因此用單層TiO2薄膜制備的DSSC

3、光電轉(zhuǎn)換效率一般較低。如果添加適量大粒徑的TiO2顆粒，會(huì)出現(xiàn)光散射效應(yīng)，從而增長(zhǎng)的光的傳播路徑，提高光的反復(fù)利用。對(duì)TiO2進(jìn)行稀土鉺離子摻雜目的是使TiO2粒子生長(zhǎng)的更好，抑制在高溫煅燒時(shí)銳鈦礦(anatase)向金紅石(rutile)相轉(zhuǎn)變，因?yàn)殇J鈦礦比金紅石相更適合DSSC的應(yīng)用中，同時(shí)適當(dāng)?shù)南⊥翐诫s能在保證DSSC的開(kāi)路電壓和填充因子不受影響的情況下，因?yàn)樯限D(zhuǎn)換材料的作用能夠提高DSSC對(duì)太陽(yáng)光的利用率，這樣就直接增加了電池中

4、可利用的光子數(shù)，最終提高了電池的短路電流進(jìn)而提高電池的整體光電轉(zhuǎn)化效率。
　　 本文采用溶膠-凝膠水熱法、P25粉體研磨法制、刮涂法及絲網(wǎng)印刷法制備TiO2電極，通過(guò)掃描式電子顯微鏡(SEM)、X-光粉末衍射儀(XRD)、紫外-可見(jiàn)光光譜分析儀(UV-vis)及Ⅰ-Ⅴ特性曲線對(duì)其性能進(jìn)行表征并分析得出DSSC性能隨薄膜結(jié)構(gòu)不同有差異的原因，然后得到結(jié)論使DSSC性能得到最優(yōu)化的條件。我們需要在添加的散射層中控制大顆粒TiO2的含