染料敏化太陽能電池納米TiO-,2-薄膜的制備與性能研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(DSSC 電池)是一種新型光電化學太陽能電池，由于它制作工藝簡單、成本低和性能穩(wěn)定，并且對環(huán)境無污染，具有良好的開發(fā)前景。它是解決世界范圍內的能源危機和環(huán)境問題的一條重要途徑。納米TiO2 薄膜是染料敏化太陽電池的重要組成部分，其形貌對電池性能影響顯著。本文通過XRD、SEM 和TEM 表征、DSSC 電池的組裝、光電性能測試等，研究DSSC 電池中TiO2 薄膜的制備，其對電池效率的影響及可能的解決辦法。本論文的具

2、體研究內容和主要結論在于： 1. 本文系統(tǒng)研究了不同制備方法對TiO2 薄膜顯微結構的影響。分別采用旋涂法、電泳沉積法、粉末涂覆法、絲網(wǎng)印刷法制備了TiO2 薄膜，通過四種方法制備的TiO2 薄膜顯微結構比較可得：不同方法制備的TiO2 薄膜形貌差異很大。通過制備方法對TiO2 薄膜顯微結構影響的分析，為染料敏化太陽電池中TiO2 光陽極材料制備方法的選擇提供了依據(jù)。 2. 采用絲網(wǎng)印刷制備染料敏化太陽電池用TiO2 薄

3、膜電極時，TiO2 的漿料組成對電極結構、電池J-V 特性有重要影響。本文采用無水體系的TiO2 膠體絲網(wǎng)印制TiO2 薄膜，并組裝電池，測試性能。研究發(fā)現(xiàn)曲拉通（Triton X-100）、聚乙二醇（PEG-2000）可以明顯改變TiO2 電極顯微結構，且對電池的性能影響顯著。過少或過多的曲拉通或聚乙二醇都將導致開路電壓、短路電流、填充因子以及效率的降低。由3g P25 粉末配制的膠體中，當聚乙二醇含量在0.8g 附近、曲拉通含量在0

4、.2~0.8ml 之間時，染料敏化太陽電池光電轉化效率較好。組裝成電池后，當電池有效面積為0.28 cm2，在標準氙燈模擬器下（AM 1.5，100mW/cm2）測試電池J-V 特性，電池光電轉換效率可達3.2％。 3. 采用Sol-Gel 法，以鈦酸四丁酯為原料自制納米級TiO2 粉，研究pH 值對凝膠時間和粒徑的影響，從而優(yōu)化其制備工藝條件。并將自制的TiO2 粉與Triton X-100、乙酰丙酮混合后，通過絲網(wǎng)印刷的方法

5、制備DSSC 的多孔光陽極。組裝成電池后，當其有效面積為0.28 cm2，在標準氙燈模擬器下（AM 1.5，100mW/cm2）測試電池的J-V 特性，得到了3.22﹪的光電轉換效率。 4. 以商用金紅石相TiO2 粉末為原料，通過在堿性溶液中150 ℃水熱48h 的方法合成TiO2 納米管。根據(jù)不同溫度下納米粉末形貌的演變過程，提出納米管是由納米圓盤卷曲而形成的觀點。并將TiO2 納米管與Triton X-100、乙酰丙酮混合