納晶SnO2的改性以及在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用.pdf

1、染料敏化太陽能電池(DSSC)因具有成本低廉、制備工藝簡便等優(yōu)點(diǎn)而成為具有很大前景的新型太陽能電池。作為 DSSC光陽極材料的 SnO2因具有較高電子遷移率(100-200cm2 V-1 S-1)和較寬的禁帶（3.6eV）而應(yīng)用廣泛，然而，基于SnO2光陽極材料的DSSC有兩大弊端：SnO2導(dǎo)帶位置低導(dǎo)致電池開路電壓??；SnO2導(dǎo)帶中電子與電解質(zhì)復(fù)合快，暗電流大?；谝陨显?，為了提高基于SnO2光陽極材料染料敏化太陽能電池(DSSC)

2、的性能，對SnO2材料進(jìn)行金屬元素?fù)诫s和金屬氧化物包覆是常用的兩種改性處理方法。本文中，我們具體對Bi摻雜SnO2顆粒、Al摻雜SnO2空心微球和ZnO包覆SnO2顆粒實(shí)驗(yàn)進(jìn)行討論研究，DSSC的光陽極是以導(dǎo)電玻璃（FTO）為導(dǎo)電襯底分別采用機(jī)械刮涂法和電泳沉積方法生長相應(yīng)氧化物薄膜為多子傳輸層的工作電極。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：
　　一：Bi摻雜SnO2納米顆粒制備DSSC工作電極，首先采用共沉淀法制備Bi摻雜SnO2納米顆粒，然后采

3、用刮涂法制備Bi摻雜SnO2工作電極薄膜，最后采用N719染料作為敏化劑敏化。由SnO2納米顆粒的XRD測試結(jié)果可知，Bi摻雜前后正方金紅石結(jié)構(gòu)的SnO2晶相無變化。對其光電性能進(jìn)行測試可以明顯看出摻雜Bi后電池的開路光電壓與未摻Bi相比從373mV上升到498mV具有明顯提高，光電轉(zhuǎn)換效率從1.37％上升到2.03%。對其光電性能提高的因素探究知，這是由于Bi摻雜SnO2后電池的暗電流降低，抑制了光生電子在工作電極與電解質(zhì)界面的復(fù)合反

4、應(yīng)。
　　二：Al摻雜SnO2空心微球制備DSSC工作電極，通過水熱法制備Al摻雜SnO2空心微球，然后再使用刮涂法制備工作電極薄膜。由SEM和TEM測試說明成功制備出Al摻雜SnO2空心微球。XRD分析結(jié)果表明Al摻雜對SnO2的晶格結(jié)構(gòu)無影響。對電池的光電化學(xué)性能測試得：與未摻雜前相比，電池的光電流密度、開路光電壓、光電轉(zhuǎn)換效率均有顯著的提高。由光電參數(shù)表可知，光電流密度從8.05mA cm-2提高到11.48mA cm-2；

5、開路光電壓從179mV提高到474mV；光電轉(zhuǎn)換效率從0.46%提高到3.04%。這是由于Al摻雜有效地抑制了電池中光生電子的復(fù)合反應(yīng)、延長了工作電極中光生電子的壽命。
　　三：常溫下將ZnCl2和SnO2膠體研磨均勻，制備ZnO包覆SnO2納米顆粒。通過電泳沉積的方法在柔性襯底和導(dǎo)電玻璃襯底上制備ZnO包覆SnO2納米顆粒工作電極薄膜。本實(shí)驗(yàn)通過優(yōu)化ZnO包覆量（用ZnCl2量表示）、電泳時(shí)間、機(jī)械壓膜的壓力，最終得出ZnCl2