染料敏化太陽能電池電荷分離機(jī)制的表征與計算機(jī)模擬.pdf

1、太陽能是人類一種取之不盡用之不竭的綠色新能源。近年來，薄膜光伏太陽能電池因其材料價格便宜，制作工藝簡易及光電轉(zhuǎn)化效率高而備受矚目。染料敏化太陽能電池(DSSCs)的研究趨勢是進(jìn)一步提高染料敏化電池的光伏性能，在于深入認(rèn)識敏化電池的電荷輸運(yùn)與復(fù)合途徑。
　　在本文中，我們利用穩(wěn)態(tài)及大擾動電子壽命、電子濃度分布以及復(fù)合反應(yīng)動力學(xué)測量等實驗手段綜合分析了基于鈷電解質(zhì)和碘電解質(zhì)的染料敏化電池的界面電子轉(zhuǎn)移行為。發(fā)現(xiàn)鈷電解質(zhì)的穩(wěn)態(tài)電子壽命與

2、二氧化鈦薄膜費(fèi)米能級的關(guān)系服從Butler-Volmer(B-V)模型，并且存在高偏壓和低偏壓兩個特征的動力學(xué)區(qū)間。染料敏化電池的電子濃度分布具有偏離指數(shù)關(guān)系的特征。發(fā)現(xiàn)采用導(dǎo)帶unpinning模型或者雙指數(shù)陷阱態(tài)電子分布模型都能很好的解釋這一現(xiàn)象，而且二者均說明該現(xiàn)象與TiO2吸附染料或小分子的構(gòu)象隨費(fèi)米能級變化有關(guān)。如此同時，實驗證實了鈷基染料敏化電池的電子復(fù)合反應(yīng)由陷阱態(tài)電子的界面轉(zhuǎn)移速率決定，導(dǎo)帶電子的影響并不重要。在兩個特征

3、動力學(xué)區(qū)間，復(fù)合反應(yīng)的級數(shù)均被決定于表觀電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)和態(tài)密度分布參數(shù)平均值，說明B-V模型能夠合理描述敏化電池的界面電子轉(zhuǎn)移動力學(xué)行為。
　　通過計算機(jī)模擬敏化電池的反應(yīng)擴(kuò)散過程，本文闡述了應(yīng)用原子層沉積技術(shù)提高染料敏化電池光伏性能的可行性。將電子隧穿理論引入敏化電池動力學(xué)方程后，可以獲得原子層沉積處理對電池光伏參數(shù)（開路電壓、短路電流，光電轉(zhuǎn)化效率，瞬態(tài)光電壓對電子壽命等）的影響。采用兩種不同沉積方式的模擬計算，通過比較各參