納米半導體電極和氧化還原聚合物的固態(tài)太陽能電池.pdf

1、能源和環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的兩大條件，而能源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)惡化已經(jīng)成為全球的重大問題。因此，必須尋找一種儲量充足的清潔能源。在20世紀70年代爆發(fā)石油危機之后，太陽能的利用得到了長足的發(fā)展。太陽能作為一種可再生能源，具有其他能源所不可比擬的優(yōu)點。在太陽能的利用中，太陽能電池可以將太陽能直接變?yōu)殡娔?，結構簡單，攜帶方便，因此，太陽能電池的研制和開發(fā)日益得到人們的重視。傳統(tǒng)的物理光伏電池，雖然轉(zhuǎn)換效率高，但是成本太高，只能用于航天

2、等領域。有機光伏電池的轉(zhuǎn)換效率不高。染料敏化太陽能電池雖然轉(zhuǎn)換效率較高，但是染料價格比較貴，而且面臨染料光降解等難題，難于長期穩(wěn)定工作。因此，降低電池成本，提高轉(zhuǎn)換效率，增加電池工作的穩(wěn)定性成為太陽能電池研究工作的重點和難點。 本論文的工作是構造基于納米半導體電極和氧化還原聚合物的固態(tài)太陽能電池，主要進行了以下幾部分工作：(1)利用各種方法在導電玻璃(ITO)上制備納米TiO2、CdS和CdSe電極，并且研究它們的光電化學性能；

3、(2)利用納米半導體電極和Nafion型氧化還原聚合物構造新型固態(tài)光伏電池，并研究固態(tài)光伏電池的光電轉(zhuǎn)換性能；(3)改進固態(tài)光伏電池的各個環(huán)節(jié)，提高固態(tài)光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。具體研究內(nèi)容如下：一、利用不同方法制備納米TiO2、CdS和CdSe電極，并研究它們的光電化學性能。 (1)利用涂膜法、電沉積法和溶膠-凝膠法制備納米TiO2電極。在0.2mol/LNa2SO4溶液中進行光電化學實驗。實驗發(fā)現(xiàn)納米TiO2具有特殊的光電化學

4、響應，其光電流～電位曲線出現(xiàn)光電流峰。我們認為，這一特殊的光電化學性質(zhì)主要是由于納米半導體電極的微粒性結構以及它的光誘導氧化還原反應機理的特殊性所致。 (2)利用電化學方法制備納米CdS電極，實驗發(fā)現(xiàn)，“I=-1mA，△t=1s，t=10min”條件下陰極脈沖電流制備的CdS/ITO電極的光電化學響應最強。 (3)利用電化學方法制備納米CdSe電極，光電化學實驗發(fā)現(xiàn)，恒電位-0.85V(Vs.SCE)200S制備的CdS

5、e/ITO電極經(jīng)過熱處理后的光電化學響應最強。 二、構造納米半導體電極和Nafion基氧化還原聚合物的新型固態(tài)光伏電池，并研究固態(tài)光伏電池的光電轉(zhuǎn)換性能。 利用納米半導體電極TiO2/ITO和CdS/ITO作為光電極，將Nafion型的氧化還原聚合物作為固體空穴傳輸材料，構成了ITO/TiO2/Nafion[Ru(bpy)32+,PEG]/Au、ITO/CdS/Nafion[Ru(bpy)32+,PEG]/Au、ITO/

6、CdS/Nafon[Fe(bpy)32+,pEG]/Au和ITO/CdS/Nafion[Ru(phen)32+,pEG]/Au等一系列固態(tài)光伏電池，對其光電轉(zhuǎn)換性能進行表征。所用的光電極材料與Nafion型氧化還原聚合物中所用的氧化還原物種在能級上是匹配的，而且可以達到較高的開路光電壓。利用TiO2作為光電極，由于受到光吸收的限制，對可見光的利用率不高。CdS作為光電極可以大大提高光電轉(zhuǎn)換性能。 三、改進固態(tài)光伏電池的各個環(huán)節(jié)，

7、提高固態(tài)光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 嘗試改進構成固態(tài)光伏電池的每個環(huán)節(jié)，如半導體電極的光吸收、電極界面性能和氧化還原聚合物中氧化還原位的濃度Co，以提高固態(tài)光伏電池的光電轉(zhuǎn)換性能。實驗研究發(fā)現(xiàn)，氧化還原位的濃度Co的提高，會提高光伏電池的光電轉(zhuǎn)換性能，達到一定濃度后光電轉(zhuǎn)換性能基本穩(wěn)定；在CdS/ITO電極和氧化還原聚合物之間涂一層TiO2薄膜可以提高固態(tài)光伏電池的光電轉(zhuǎn)換性能。目前， ITO/CdS/TiO2/Nafio