染料敏化太陽(yáng)電池光陽(yáng)極納米纖維膜的制備及性能研究.pdf

1、本文利用旋涂預(yù)處理在摻氟二氧化錫(FTO)導(dǎo)電玻璃上沉積一層聚乙酸乙烯酯/鈦酸異丙酯(PVAc/TiP)薄膜,再用靜電紡絲在處理過(guò)的FTO導(dǎo)電玻璃上制各了PVAc/TiP復(fù)合超細(xì)纖維膜,經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)得到FTO/二氧化鈦(TiO2)納米顆粒層/TiO2納米纖維層多級(jí)結(jié)構(gòu)電極。用熱重分析(TGA)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外(FT-IR)和透射電鏡(TEM)等表征獲得的樣品,結(jié)果顯示,500℃燒結(jié)后,得到

2、的TiO2納米顆粒層由平均粒徑約70 nm銳鈦礦組成,其厚度約為3.0μm,厚度約為3.0μm的TiO2納米纖維層由平均纖維直徑約97±30 nm銳鈦礦組成。將這種有效面積為0.3cm2的電極應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)電池(DSSC),結(jié)果發(fā)現(xiàn),在光強(qiáng)100mW·cm-2,溫度25℃下測(cè)得的DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率(η)為4.47％(此時(shí)短路電流密度(Jsc)、開路電壓(Voc)、填充因子(FF)和在波長(zhǎng)350nm處的入射單色光的光電能轉(zhuǎn)換效率(

3、IPCE)分別為0.700V、10.6mA/cm2、60.2％和42.1％),相比只含有TiO2納米顆粒膜的DSSC,η提高了14.0％。
　　 在此基礎(chǔ)上利用了鹽酸表面處理TiO2,Zn2+摻雜TiO2和同軸靜電紡ZnO表面包覆TiO2來(lái)優(yōu)化TiO2納米纖維膜以提高其組裝的DSSC的光電性能。
　　 當(dāng)用不同濃度(0～1M)的鹽酸處理TiO2納米纖維膜時(shí),隨著鹽酸濃度的增加,其對(duì)應(yīng)的Jsc、Voc、FF、IPCE和η都

4、是先增加后減小。其中,Voc和FF在鹽酸濃度為0.1M時(shí),達(dá)到最大值,分別為0.720V和60.9％;在鹽酸濃度為0.05M時(shí),Jsc、在波長(zhǎng)350nm處的IPCE和η達(dá)到最大,分別為11.1mA/cm2、46.3％和4.75％,相對(duì)于未鹽酸處理的TiO2納米纖維膜組裝的DSSC,η提高了6.26％。
　　 用靜電紡絲和熱處理制備了不同含量(0～5％)的鋅離子(Zn2+)摻雜TiO2納米纖維。結(jié)果表明,Zn2+的引入,使纖維直徑

5、稍微減小,對(duì)銳鈦礦TiO2的晶體結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有改變,只延伸了TiO2晶格的“c”軸。以Zn2+摻雜的TiO2納米纖維膜為光陽(yáng)極膜的DSSC的Jsc、Voc、FF、IPCE和η都是先增加后減小,在Zn2+含量為Ti4+的0.5％時(shí),Jsc、Voc和FF、在波長(zhǎng)350nm處的IPCE和η都達(dá)到最大,分別為0.734V、11.1mA/cm2、60.3％、46.3％和4.91％,相對(duì)未摻雜TiO2納米纖維膜組裝的DSSC,η提高了9.84％

6、>　　 利用旋涂、同軸靜電紡絲和500℃燒結(jié),制備出多級(jí)結(jié)構(gòu)電極,其中納米纖維層是由以約35nm厚的釬鋅礦氧化鋅(ZnO)為皮,以直徑約為100nm的銳鈦礦TiO2納米纖維為芯的ZnO/TiO2皮芯結(jié)構(gòu)納米纖維組成的。以該多級(jí)電極組裝的DSSC的Jsc、Voc和FF、在波長(zhǎng)350nm處的IPCE和η分別為11.3mA/cm2、0.745V、61.2％、47.1％和5.15％,相對(duì)TiO2納米纖維膜組裝的DSSC,η提高了15.2％。<