TiO2納米晶和納米棒的制備及其在染料敏化太陽(yáng)電池中的應(yīng)用.pdf

1、能源是當(dāng)今世界發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的基石,是人類(lèi)社會(huì)繼續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。尋找一種綠色環(huán)保且可再生的替代能源是世界各國(guó)解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題的研究焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。本文以仿植物光合作用的染料敏化太陽(yáng)電池為研究對(duì)象,詳細(xì)研究了染料敏化太陽(yáng)電池的工作原理及各部件之間的相互工作機(jī)制和制約關(guān)系。設(shè)計(jì)與制備了具有不同組成和微觀結(jié)構(gòu)的介孔TiO2薄膜電極,結(jié)合高摩爾消光系數(shù)釕染料C106制作太陽(yáng)電池,利用紫外-可見(jiàn)吸收光譜技術(shù)和J-V特性曲線比較評(píng)價(jià)電池的光電性

2、能和參數(shù),采用瞬態(tài)光電流衰減和電化學(xué)阻抗技術(shù)進(jìn)一步深入研究電池的電子輸運(yùn)微觀動(dòng)力學(xué)機(jī)制。整個(gè)論文包括以下三個(gè)部分:
　　(1)利用溶膠-凝膠法和水熱晶化技術(shù)相結(jié)合,制備了粒徑為20nm的TiO2納米晶,經(jīng)絲網(wǎng)印刷制備不同厚度的介孔薄膜電極,研究介孔TiO2薄膜厚度對(duì)染料敏化太陽(yáng)電池性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),隨著介孔TiO2薄膜厚度的增加,電池的短路電流密度增加,開(kāi)路電壓下降。這是由于薄膜厚度的增加,電極的總表面積隨之增加,吸附更多的染

3、料分子,從而增強(qiáng)了器件的光俘獲能力,但同時(shí)也增加了介孔TiO2薄膜電極與電解質(zhì)之間的接觸面積,并增加了光生電子到集流器的傳輸歷程。
　　(2)利用二次水熱生長(zhǎng)體系,制備了平均直徑為30nm、長(zhǎng)度為137nm的金紅石型TiO2單晶納米棒,分別以0、5、10wt％的比例與納米晶混合制備漿料,絲網(wǎng)印刷7.6μm厚度的介孔TiO2薄膜電極,以C106染料敏化組裝一系列太陽(yáng)電池。研究介孔 TiO2薄膜電極的電荷傳輸動(dòng)力學(xué)發(fā)現(xiàn),一維 TiO2

4、納米棒的添加可以降低電子在TiO2/電解質(zhì)界面的復(fù)合速率,延長(zhǎng)電子壽命,增加擴(kuò)散長(zhǎng)度,降低電子在TiO2/電解質(zhì)界面的復(fù)合速率,有效促進(jìn)電池的電子輸運(yùn)性能,進(jìn)而提高太陽(yáng)電池性能。
　　(3)利用水熱合成法在導(dǎo)電玻璃基底上生長(zhǎng)出金紅石 TiO2納米棒陣列,通過(guò)控制生長(zhǎng)時(shí)間,獲得高度分別為1.21μm和2.17μm的TiO2納米棒陣列薄膜,與C106染料結(jié)合制備光陽(yáng)極,組裝電池。研究結(jié)果表明,一維 TiO2納米棒有序陣列結(jié)構(gòu)能有效降低