染料敏化太陽能電池的制備及機理研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(dye-sensitizedsolarcell，DSSC)由于制作工藝簡單和成本低廉被看做是未來有前景的的太陽電池之一。目前，染料敏化太陽能電池的效率已經(jīng)超過12％。相比于傳統(tǒng)的無機半導體太陽能電池，染料敏化太陽能電池的工作原理相對復雜，即涉及有機材料和無機材料，又涉及固態(tài)成份和液態(tài)成份。這使得研究染料敏化太陽能電池工作過程的微觀機制變得十分困難。為了簡化研究對象和盡可能地排除其他不穩(wěn)定因素，我們采用致密TiO2薄膜

2、作為光電極制備了染料敏化太陽能電池。這種致密結構的光電極有以下幾方面優(yōu)點：相對多孔TiO2薄膜，致密排列的TiO2多晶膜可以極大地減少晶界數(shù)量，使得電子很容易到達FTO電極；復合過程只發(fā)生于致密薄膜的表面，復合反應的環(huán)境一致；一些存在于多孔膜中的效應得到了消除。
　　 本論文的主要研究內容及結論：
　　 (1)采用溶膠．凝膠工藝制備了均勻、致密的TiO2薄膜，并組裝了染料敏化太陽能電池。
　　 (2)研究了染料敏

3、化太陽能電池中TiO2表面態(tài)Ti3+的作用機理。隨著TiO2薄膜真空熱處理溫度升高，薄膜表面的O空位-Ti3+缺陷濃度增大，TiO2/染料/電解質界面處TiO2導帶電子與氧化態(tài)染料和電解質中的I3-離子的復合作用增強，DSSC電池性能下降。而復合作用增強有利于氧化態(tài)的染料被還原到基態(tài)，抑制了染料的分解，從而降低了染料分子的降解速率。
　　 (3)研究了不同濃度TiCl4處理TiO2薄膜對電池性能及穩(wěn)定性的影響。對于致密結構的Ti

4、O2電極，TiCl4處理致密薄膜的表面覆蓋一層高純的小尺寸TiO2晶粒。當TiO2納米顆粒足夠小時，就會產(chǎn)生一種量子尺寸效應，將會增加TiO2的禁帶寬度。降低了電子從激發(fā)態(tài)染料向TiO2導帶注入的動力，使短路電流大大降低。TiO2導帶上升，提高了導帶能級與電解質中氧化還原對的電勢能之差，進而提高了開路電壓。TiO2晶粒尺寸減小有利于形成更好的化學吸附。由于吸附在TiO2薄膜表面的染料處于激發(fā)態(tài)時極不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生脫附而分解，TiO2與染