染料敏化太陽電池光陽極材料的制備及性能研究.pdf

1、本文主要制備了TiO2納米晶、TiO2納米線及ZnO納米晶等應(yīng)用于染料敏化太陽電池的光陽極材料，并深入系統(tǒng)的研究了不同的光陽極材料對染料敏化太陽電池(DSSC)光電性能的影響。主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　 1.利用溶膠-凝膠法與水熱晶化技術(shù)相結(jié)合可控合成了TiO2納米晶，利用X-射線衍射及場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)和高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)對制備的材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析。研究結(jié)果表明所制備的TiO2納米晶為直徑

2、為20nm左右的銳鈦礦型。并將其制備成可用于絲網(wǎng)印刷的TiO2漿料，通過絲網(wǎng)印刷將其制備成納晶TiO2介孔薄膜光陽極后，經(jīng)染料敏化劑敏化組裝成DSSC，它的總光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)了9.31％。
　　 2.用簡單溫和的方法在金屬鐵板上可控生長了納米線陣列，并系統(tǒng)的研究了以金屬納米線陣列作為光陽極的DSSC的光電性能，并取得了3.2％光電轉(zhuǎn)換效率。
　　 3.利用溶劑熱法可控合成了ZnO納米晶，利用X-射線衍射及場發(fā)射電子掃描電鏡

3、FESEM和高分辨電子透射電鏡HRTEM對制備的材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析。結(jié)果表明所制備的ZnO納米晶為纖維鋅礦直徑大小在10～30nm左右。并系統(tǒng)的分析了以ZnO介孔薄膜電極為光陽極的DSSC的各項光電參數(shù)，并取得了5.26％的光電轉(zhuǎn)換效率。ZnO介孔薄膜電極具有燒結(jié)溫度低、Zn元素在地球中的含量較多、生產(chǎn)成本低和生產(chǎn)工藝簡單等特點(diǎn)，非常適合工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)。
　　 4.系統(tǒng)的研究了TiCl4對TiO2介孔薄膜光陽極的不同處理肘染

4、料敏化太陽電池的光電性能的影響。通過實(shí)驗我們可以看出對TiO2介孔薄膜電極進(jìn)行TiCl4溶液前后處理可以大幅度的提高DSSC的短路光電流密度和總光電轉(zhuǎn)換效率，增強(qiáng)了DSSC電子壽命、擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散長度，降低了器件的化學(xué)電容減小了器件的復(fù)合速率常數(shù)，明顯的提高了器件的光電轉(zhuǎn)換性能。因此說明TiCl4溶液后處理是提高TiO2介孔薄膜電極性能的關(guān)鍵。
　　 5.選取實(shí)驗室最新設(shè)計與合成的D-π-A結(jié)構(gòu)全有機(jī)單齒染料C213、C219、

5、C218和對應(yīng)其具有相同π單元的雙齒染料C220、C221、C222敏化TiO2介孔薄膜電極，分別使用乙腈/戊腈為溶劑的電解質(zhì)和無溶劑離子液體電解質(zhì)，研究單雙齒染料對DSSC光電性能的影響，研究制作高性能染料敏化太陽電池，并對無溶劑離子液體電解質(zhì)的器件測試光熱穩(wěn)定性。經(jīng)過1000 h的60℃的長期高溫光老化，器件由最初的總光電轉(zhuǎn)化效率8.22％降低到8.02％，最終達(dá)到了起始效率的97.6％。說明該器件光熱穩(wěn)定性高，能保證長期穩(wěn)定工作，