TiO2光陽極材料的設(shè)計(jì)及其在染料敏化太陽能電池中的性能研究.pdf

1、染料敏化光伏電池(DSSC)是一類新型的光伏電池，具有效率高、成本低及無污染等特點(diǎn)，是目前光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。光陽極是染料敏化光伏電池的工作電極，對(duì)電池的光伏效率至關(guān)重要。陽極材料的表面結(jié)構(gòu)、粒徑、形貌、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和多孔性等都是影響電池性能的直接因素。本論文主要研究染料敏化太陽能電池TiO2陽極材料的特性對(duì)電池性能的影響。通過提高陽極材料的光捕獲效率，加快光生電子在陽極膜內(nèi)的傳輸速度，增長電子壽命，減少電子復(fù)合，從而增強(qiáng)電荷的收集效

2、率，達(dá)到提高電池光電轉(zhuǎn)化效率的目的。本文通過改變半導(dǎo)體TiO2的形貌、結(jié)晶度、尺寸、晶型以及形成合成復(fù)合物這幾個(gè)方面來提高電池的光伏效率。主要內(nèi)容包括：
　　(1)以P25為原料水熱合成鈦酸鹽中間體，再以乙二胺和二乙撐三胺為形貌控制劑進(jìn)行第二步溶劑熱反應(yīng)，合成出具有一維結(jié)構(gòu)的不同尺寸、具有高的結(jié)晶度的梭形TiO2。通過提高染料吸附量，電子的傳輸效率等因素，提高DSSCs光伏性能。所合成的三種不同尺寸的梭形TiO2的光伏性能均比P2

3、5好，其中90 nm梭形的光伏性能最好，開路電壓(Voc)為0.74 V，短路電流密度(Jsc)為13.2 mA/cm2，填充因子(FF)為0.53，最終的光電轉(zhuǎn)化效率(η)為5.21％。
　　(2)以TiCl4為原料，通過簡單水熱法一步合成金紅石相分級(jí)結(jié)構(gòu)TiO2球，該材料具有較高的光散射效應(yīng)，因而較適合做DSSCs的陽極材料。通過TiCl4處理能明顯提高DSSCs的光伏性能，開路電壓(Voc)為0.66 V，短路電流密度(Js

4、c)4.22mA/cm2，填充因子(FF)為0.65，最終的光電轉(zhuǎn)化效率(η)為1.88％。
　　(3)石墨烯(GS)是零帶隙二維材料，具有較好的電子傳輸能力及較大的比表面積，GS-TiO2有望用作理想的DSSCs的光陽極材料。通過溶膠-凝膠和水熱法合成了三種不同比例的GS-TiO2的復(fù)合物。TiO2-0.03GO具有最佳的光伏性能，其開路電壓(Voc)為0.76 V，短路電流密度(Jsc)16.17mA/cm2，填充因子(FF)