染料敏化太陽能電池TiO2光陽極的改性研究.pdf

1、目前人類所面臨著化石能源枯竭的危機，而解決這一危機最好的方法就是利用太陽能。但是光轉(zhuǎn)化率和使用穩(wěn)定性都與傳統(tǒng)的硅晶半導(dǎo)體太陽能電池存在差距。染料敏化太能電池效率不高的原因，主要有兩個方面。第一所利用光敏染料不能實現(xiàn)對太陽光全光譜的吸收。如常用的N719主要吸收范圍在400-600nm的可見光段。第二則是因為電解液中氧化態(tài)的離子與光生電子的復(fù)合導(dǎo)致光生電子在電池傳輸過程中被過渡損耗。為了制備性能更為優(yōu)異的染料敏化太陽能電池，本文從兩方面進

2、行探索。一方面選擇合適的光轉(zhuǎn)換材料來拓寬N719的吸收光譜范圍;另一方面是通過不同形貌TiO2膜層的組合，以抑制電池內(nèi)部的電荷復(fù)合。
　　1.在1100℃，燒結(jié)6小時得到ZnO∶Ga3+下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。該下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在385nm的近紫外光激發(fā)下，具有450-600nm的寬峰發(fā)射，其主峰值在525nm。寬峰發(fā)射來源于一是Ga3+作為淺施主能級與ZnO中Oi的復(fù)合躍遷，二是氧空位俘獲光生電子后與價帶空穴復(fù)合。發(fā)光強度隨著Ga3+摻雜

3、量的增加先升高后降低，當摻雜濃度為12mol％時，發(fā)光強度最強。將5wt％的ZnO∶Ga3+改性TiO2光陽極后電池的短路電流密度達到了11.38mA·cm-2，對比未摻雜的樣品提升了14.2％，光電轉(zhuǎn)換效率由4.24％提升到了4.91％，提高了15.8％。
　　2.通過高溫固相法在950℃的還原氣氛下保溫10h制備了(Ca0.53Sr0.37Eu0.1)7(SiO3)6Cl2(Cl_MS∶Eu2+)下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。用360nm和

4、465nm的激發(fā)光照射樣品時，發(fā)生Eu2+的490nm(5d→4f)綠光發(fā)射，同時還出現(xiàn)Eu3+的610nm(5D0→7F2)和650nm（5D0→7F3）紅光發(fā)射。用Ba和Mg分別對基質(zhì)中的Ca進行替換，發(fā)光材料中的黃光發(fā)射得到了增強，紅光發(fā)射被減弱。改性后的發(fā)光材料的發(fā)射光譜與N719染料的吸收范圍更為匹配。將1wt％的Cl_MS∶Eu2+摻雜改性TiO2光陽極后，電池的短路電流密度由8.989mA·cm-2提升到10.30mA·c

5、m-2，提高了14.6％，光電轉(zhuǎn)換效率由4.30％提升到了4.88％，提高了13.5％。
　　3.通過TiCl4的水解制備致密的TiO2阻擋層，同時通過二次刮涂技術(shù)獲得大顆粒TiO2散射層，將致密層和散射層同時引入TiO2光陽極中，以此優(yōu)化TiO2光陽極的膜層結(jié)構(gòu)。當TiCl4溶液濃度為0.05M，保溫時間為30min時，TiO2散射層的厚度為10mm左右，電池短路電流密度從14.159mA·cm-2增大到17.044mA·cm-