植物生物質合成金-銀納米顆粒修飾二氧化鈦光陽極染料敏化太陽能電池性能研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(DSSC)是一種新型的光伏電池，由于其價格便宜、制作工藝簡便、環(huán)境友好等優(yōu)點成為當前可再生能源領域的一個研究熱點。工作電極納米晶TiO2薄膜作為染料分子的支撐和吸附載體以及電子傳輸的載體，是電池重要組成部分。本論文通過植物生物質合成Ag、Au納米顆粒修飾TiO2光陽極，研究生物質和貴金屬納米顆粒對敏化太陽能電池光電性能的影響，借助紫外可見近紅外(UV-vis-DRS)光譜掃描、掃描電子顯微鏡(SEM)、高分辨率透射電

2、鏡(HR-TEM)、X射線衍射(XRD)及X射線光電子能譜(XPS)等表征手段，探究生物質合成貴金屬納米顆粒修飾二氧化鈦光陽極的物理化學原理，通過光電流-光電壓（I-V曲線）和交流阻抗圖譜（EIS圖譜）等測試方法全面分析了電池的光電性能，提出了生物質合成貴金屬納米顆粒修飾二氧化鈦光陽極改善電池光電性能的作用機制。其主要研究結果如下:
　　1、本文采用洋蒲桃提取液作為還原劑合成Ag納米顆粒修飾TiO2光陽極（采用化學法和光沉積法作為

3、對比試驗研究），考察不同還原方法對Ag納米粒子形貌及粒徑的影響以及對電池性能的影響。實驗結果表明植物生物質合成得到的Ag納米顆粒大小與化學法基本相同，并且優(yōu)于光沉積法，還原Ag+所得Ag納米顆粒在TiO2表面均勻分布，平均粒徑為4.0 nm。洋蒲桃提取液在Ag+還原過程中起到還原劑、配位劑及穩(wěn)定劑的作用。生物質合成銀納米顆粒修飾的二氧化鈦光陽極在二氧化鈦表面存在一定數量生物質殘基，殘留羥基與染料分子之間的相互作用有效提高染料吸附量，相比

4、其它方法（化學法和光沉積法）染料吸附量提高了17％。光陽極中洋蒲桃提取液殘留有機基團對Ag納米顆粒具有保護作用，防止Ag納米顆粒使用過程中被氧化，殘留羥基還可以有效改善光陽極中電子的注入與傳輸效率。
　　2、研究表明，Ag修飾后光陽極染料吸附量增加，syzygium-1.3％Ag-TiO2，glucose-1.3％Ag-TiO2和UV-1.3％Ag-TiO2光陽極吸附的染料分別為TiO2光陽極的1.4、1.2和1.2倍。光陽極中A

5、g納米顆粒的表面等離子體共振作用可以有效提高染料分子對光的吸收，從而產生更多的光生電子，增大電池的光電流。Ag修飾TiO2光陽極電阻減小，有利于光陽極中電子的傳輸?；趕yzygium-1.3％Ag-TiO2光陽極電池短路電流密度為11.80 mAcm-2、光電轉換效率為5.12％，較空白組分別提高了57.8％和52.8％，其光電轉換相對于化學法與光沉積法分別提高了12.8％和33.7％，同時負載Ag后電池開路電壓提高了30-40 mv

6、。
　　3、在金屬表面等離子體共振方面，Au與Ag具有相同的作用，本文采用洋蒲桃提取液和花青素提取液作為還原劑還原Au修飾TiO2。洋蒲桃提取液還原Au3+所得Au納米顆粒2.47 nm，花青素提取液還原Au3+所得Au納米顆粒平均粒徑為2.20nm?；ㄇ嗨靥崛∫哼€原Au修飾TiO2由于Au-Au及Au-TiO2間的特殊作用使得敏化后光陽極對光的吸收發(fā)生紅移，更有利于吸收可見光。負載Au后光陽極傳輸電阻由78.4Ω減小為19Ω左右

7、，大大減小了光陽極中電子的傳輸阻力;TiO2膜電子壽命由13.1 ms增加到28.3 ms，納米Au的負載能夠延長光陽極中電子的電子壽命，減小電子的復合效率。當Au負載量為0.5％時電池光電轉換效率達到最大值，其中以cyanidin-0.5％Au-TiO2 DSSC性能最佳，短路電流密度為11.3 mA cm-2，光電轉換效率為5.18％，相對于空白組分別提高了31.4％和41.1％。
　　4、將syzygium-1.3％Ag-T

8、iO2和cyanidin-0.5％Au-TiO2按不同比例混合后制備Au/Ag-TiO2雙金屬復合光陽極，考察Au、Ag納米顆粒在電池光陽極中的不同作用。電池I-V曲線測試表明，光陽極中Au-TiO2可以起到提高光電流密度及減小電子復合的作用。隨著光陽極中Ag-TiO2質量比的增加，電池開路電壓逐漸增大，說明光陽極中Ag納米顆粒有利于提高電池開路電壓。電池電化學阻抗譜測試表明，光陽極中Au-TiO2更有利于減小光陽極傳輸電阻，提高電子傳