TiO2-SiO2增光光陽極的制備及其在染料敏化太陽電池中的應(yīng)用.pdf

1、染料敏化太陽電池(DSSC)，是由染料敏化的光陽極、氧化還原電解質(zhì)和對電極組成的光電化學(xué)裝置。由于它低成本，相對高的功率轉(zhuǎn)換效率，易于制造和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，吸引了越來越多的關(guān)注。DSSC的光陽極可以看做是一輛運(yùn)輸由激發(fā)的染料分子注入的電子到外電路的“車輛”。因此，它可以顯著的影響電池的光電流和光電壓。目前DSSC的制造中，總是面臨染料的不完全激發(fā)、光生電子和電解質(zhì)的復(fù)合以及染料的降解等問題，從而導(dǎo)致不理想的開路電壓Voc和短路電流密度J

2、sc。因此，提高DSSC電源轉(zhuǎn)換效率的先決條件是要提高他們的Voc和Jsc。
　　在論文的第二章和第三章，我們展示提高染料激發(fā)、抑制電子和碘的復(fù)合、提高染料的穩(wěn)定性的關(guān)鍵問題，是通過水熱法合成的增光TiO2/SiO2光陽極到達(dá)其表面光強(qiáng)提高。然而，在高效率的DSSC中，較低的光電轉(zhuǎn)換效率仍然是這個(gè)充滿希望的TiO2/SiO2增光光陽極的巨大障礙。為了顯著提高TiO2導(dǎo)帶收集到的電子密度，從而提高光電轉(zhuǎn)換效率，我們利用在水熱過程中加

3、入SiO2的方法，導(dǎo)致到達(dá)光陽極表面光強(qiáng)增加，降低電子的復(fù)合反應(yīng)，同時(shí)提高染料的負(fù)載以及光穩(wěn)定性。通過實(shí)驗(yàn)，我們已經(jīng)證明，TiO2中摻雜SiO2是一種有效的提高染料的激發(fā)、抑制電子和電解質(zhì)的復(fù)合反應(yīng)、提高染料穩(wěn)定性的策略。通過透光率測試分析可知，SiO2的加入使得到達(dá)TiO2表面的光產(chǎn)生干涉作用，使光強(qiáng)增強(qiáng)，提高染料的激發(fā)。由固體紫外漫反射測試可知，與純TiO2相比，增光TiO2/SiO2的Eg增加，降低TiO2的光催化能力。由拉曼光譜

4、和紅外光譜可知，檢測到Si-O-Ti鍵可用于支持無定形納米SiO2粒子在水熱過程中被溶解和重組的假設(shè)。進(jìn)一步論證，SiO2摻雜TiO2晶格，為染料的吸附創(chuàng)造更多的活性位點(diǎn)。由電鏡觀察結(jié)果表明，SiO2的功能可以如下總結(jié):(1)提升的納米TiO2/SiO2增光光陽極晶體的傳輸，從而增加了染料的激發(fā)效率和電子注入;(2)覆蓋TiO2表面，阻礙部分電子與電解液重組反應(yīng);(3)摻雜TiO2晶格，創(chuàng)造更多的活性位點(diǎn)以利于染料的吸附。TiO2中摻入

5、SiO2有望從電解液中得到大量的電子。同時(shí)由于SiO2的加入，電子電解質(zhì)的重組已非常明顯的受到阻礙。相比較純TiO2光陽極DSSC效率6.13％而言，TiO2/SiO21％時(shí)TiO2/SiO2光陽極的效率有了很大的提高，為9.98％。同時(shí)，采用TiO2/SiO2(ii)方法制得的增光光陽極的效率也有了很大的提高。
　　論文的第四章，我們研究了采用化學(xué)法，以鹽酸、硫酸和磷酸摻雜導(dǎo)電聚苯胺(PANi)對電極的制備。分別用紫外-可見光譜

6、、紅外光譜、拉曼光譜、XRD、SEM以及循環(huán)伏安曲線、阻抗圖譜和Tafel曲線等方式對制得的導(dǎo)電PANi的性能進(jìn)行表征。由SEM測試可知，制得的PANi對電極為納米結(jié)構(gòu)，且均勻分布于導(dǎo)電玻璃表層。由循環(huán)伏安曲線可知，采用化學(xué)法制得的PANi對電極，均有三對氧化還原峰，其中，硫酸摻雜的PANi對電極的氧化還原峰最強(qiáng)，其電化學(xué)催化性能最好。由阻抗圖譜和Tafel曲線可知，采用化學(xué)法制得的PANi對電極，阻抗較小，電池性能較好。同時(shí)，由紫外-

7、可見光譜、紅外光譜、拉曼光譜、XRD等輔助測試，都證明硫酸摻雜PANi對電極具有更加優(yōu)越的性能。將PANi對電極與染料敏化TiO2光陽極組裝成DSSC器件，測定電池的光伏特性。
　　經(jīng)過短短二十幾年時(shí)間，DSSC研究在染料、電極、電解質(zhì)等各方面取得了很大進(jìn)展。同時(shí)在高效率、穩(wěn)定性、耐久性等方面還有很大的發(fā)展空間。這一新型太陽電池有著比硅電池更為廣泛的用途:如可用塑料或金屬薄板使之輕量化，薄膜化;可使用各種色彩鮮艷的染料使之多彩化;