染料敏化太陽能電池電極材料改性及界面調(diào)控的研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(DSSCs)因其成本低，制備工藝簡單，理論效率高等優(yōu)點(diǎn)已成為新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文以DSSCs為研究對象，針對電池中光子的捕獲、光生電子的傳輸、復(fù)合和收集等過程，對電池的電極材料改性優(yōu)化并進(jìn)行界面調(diào)控，從而提高電池的光電性能及轉(zhuǎn)換效率。通過對電極材料的結(jié)構(gòu)、形貌、電化學(xué)性能以及電池的光電性能等進(jìn)行表征，從而深入研究電池內(nèi)部的工作機(jī)理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴制備稀土摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料ZnO∶Er+，Yb

2、3+，Li+和下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料ZnO∶Eu3+，Tb3+，并將其應(yīng)用于DSSCs的光陽極中構(gòu)建ZnO∶Eu3+，Tb3+/TiO2∶ZnO∶Er3+，Yb3+，Li+復(fù)合光陽極結(jié)構(gòu)，利用其上、下轉(zhuǎn)換發(fā)光過程將近紅外光及紫外光轉(zhuǎn)換成可見光來拓寬電池的光譜響應(yīng)范圍，增加電池的光電流，基于該復(fù)合結(jié)構(gòu)的電池的短路電流密度達(dá)到10.13A/cm2，效率達(dá)到了4.48％。制備P25∶Ag NWs@TiO2復(fù)合結(jié)構(gòu)，并將其應(yīng)用于DSSCs的光陽極中，利

3、用AgNWs@TiO2的一維納米結(jié)構(gòu)和高導(dǎo)電率提高電子傳輸速率同時增強(qiáng)入射光散射作用，當(dāng)在P25漿料中引入0.2 wt％ Ag NWs@TiO2時，電池的性能最佳，獲得6.81％的光電轉(zhuǎn)換效率。⑵利用周期換向脈沖電位法在透明導(dǎo)電襯底FTO上制備NiS和NiS-PMo12電極，并作為DSSCs的對電極，通過比較不同對電極材料的性能，NiS-PMo12復(fù)合結(jié)構(gòu)對I3-的還原具有較高的電催化性能，基于該復(fù)合結(jié)構(gòu)的DSSCs的效率達(dá)到了6.45

4、％，接近于Pt-DSSCs的性能，結(jié)果表明NiS-PMo12復(fù)合結(jié)構(gòu)可替代Pt作為DSSCs的對電極材料。⑶在FTO/TiO2多孔層之間制備致密層，并在FTO與致密層之間制各界面層PW12，阻擋電解液與導(dǎo)電基底的直接接觸，以此來減少電池內(nèi)部的載流子復(fù)合，PW12薄膜可以接收TiO2導(dǎo)帶位置的電子并傳輸?shù)紽TO，從而促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移提高電子的收集率?；贔TO/PW12/TiO2復(fù)合結(jié)構(gòu)的DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了9.3％，高于不含TiO

5、2致密層和PW12界面層的電池性能。在TiO2多孔薄膜層上制備NiO及NiO∶Eu3+，Tb3+薄膜構(gòu)建TiO2/NiO和TiO2/NiO∶Eu3+，Tb3+結(jié)構(gòu)，以減少TiO2多孔層和氧化態(tài)染料或電解質(zhì)的直接接觸，抑制界面的載流子復(fù)合，并且n型TiO2和p型NiO及NiO∶Eu3+，Tb3+形成p-n結(jié)可以促進(jìn)載流子分離。研究結(jié)果表明基于TiO2/NiO∶Eu3+，Tb3+結(jié)構(gòu)電池的光電性能優(yōu)于TiO2-DSSCs的性能，其相應(yīng)的效率