鈣鈦礦染料及網(wǎng)狀光陽極染料敏化太陽能電池的制備與研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池（DSSCs）具有制備工藝簡單、成本低、環(huán)境友好及相對較高的光電轉(zhuǎn)換效率，近年來成為新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。敏化染料和光陽極一直都是 DSSCs研究中的關(guān)鍵點(diǎn)。本論文對鈣鈦礦染料的合成與表征以及網(wǎng)狀光陽極染料敏化太陽能電池進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴制備鈣鈦礦CH3NH3PbI3與CH3NH3PbI3-xClx（x=1-3）染料的前驅(qū)溶液，并從前驅(qū)溶液中結(jié)晶出CH3NH3PbI3和CH3NH3PbI3-

2、xClx的厚膜，對所制備鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、結(jié)晶過程和光致發(fā)光性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：所制備的CH3NH3PbI3厚膜在室溫晶體結(jié)構(gòu)是四方結(jié)構(gòu)， CH3NH3PbI3-xClx(x=1.08)厚膜在室溫晶體結(jié)構(gòu)是立方結(jié)構(gòu)；伴隨前驅(qū)溶液中γ-丁內(nèi)酯的蒸發(fā)，CH3NH3PbI3晶體的形成溫度范圍在30~170℃，CH3NH3PbI3前驅(qū)溶液在差熱分析（DTA）曲線上52℃和136℃位置的放熱峰與形成立方和四方結(jié)構(gòu)的CH3NH3

3、PbI3有關(guān)；伴隨前驅(qū)溶液中N,N-二甲基甲酰胺的蒸發(fā)，CH3NH3PbI3-xClx晶體形成的溫度范圍在30~135℃；CH3NH3PbI3-xClx形成速率慢于CH3NH3PbI3的形成速率，前驅(qū)溶液中I和Cl原子的擴(kuò)散影響CH3NH3PbI3-xClx的x值和晶體形貌。⑵在0.25％ NH4F+2.5%蒸餾水+乙二醇電解液中對鈦網(wǎng)與鈦片進(jìn)行陽極氧化來制備TiO2納米管陣列。研究了陽極氧化電壓、攪拌電解液方式和Cr2O3微米顆粒超聲

4、震蕩對TiO2納米管陣列形貌的影響，并研究了熱處理工藝對TiO2納米管陣列晶體類型的轉(zhuǎn)變。結(jié)果表明：在超聲攪拌電解液方式下陽極氧化1.5小時，隨著陽極氧化電壓從30V增加到60V，TiO2納米管管徑增大；管長分別為3.5μm、5.6μm、8.1μm和4.2μm；當(dāng)陽極氧化電壓為50V時，露出高度有序的TiO2納米管陣列；當(dāng)陽極氧化電壓過高（60V）或過低（30V、40V）時陽極氧化后TiO2納米管陣列表面有非管狀結(jié)構(gòu)。在磁力攪拌電解液方

5、式下，陽極氧化鈦表面都有一層非管狀結(jié)構(gòu)，非管狀結(jié)構(gòu)可在含有Cr2O3微米顆粒的超聲震蕩5分鐘后除去，露出高度有序的納米管陣列。陽極氧化后 TiO2納米管為非晶態(tài)，在空氣中經(jīng)過450℃，3h退火熱處理后TiO2納米管變?yōu)殇J鈦礦單晶體。高度有序的銳鈦礦型TiO2納米管陣列是制備DSSCs光陽極的良好材料。⑶用陽極氧化的鈦片或鈦網(wǎng)做光陽極，用不同材料做網(wǎng)狀光陽極表面的覆蓋層，然后組裝成液體電解質(zhì)染料敏化太陽能電池并對電池的性能進(jìn)行研究。結(jié)果表

6、明：與表面有非管狀結(jié)構(gòu)的TiO2納米管相比，高度有序的TiO2納米管陣列能提高染料灌入納米管的能力，從而提高 DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率；鈦網(wǎng)組裝的DSSCs光電轉(zhuǎn)換效率比相同條件下鈦片組裝的DSSCs光電轉(zhuǎn)換效率提高了7.4倍；用Surlyn1702薄膜、普通玻璃和FTO玻璃覆蓋DSSCs的光陽極使電池的光電轉(zhuǎn)換效率分別下降了5%、12%和35%；用硬材料覆蓋層（普通玻璃和 FTO玻璃）覆蓋的DSSCs比軟材料覆蓋層（Surlyn170