染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其光電性能研究.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSCs）屬于第三代太陽(yáng)能電池，制作簡(jiǎn)單、成本低廉，適合大批量生產(chǎn)，具有很大應(yīng)用前景。目前染料敏化太陽(yáng)能電池最高光電轉(zhuǎn)換效率為12.3％，相比于理論轉(zhuǎn)換效率66%，有很大的提升空間，因此具有很大的潛力取代占目前太陽(yáng)能市場(chǎng)90%的硅電池，引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注和研究。在DSSCs中，影響光電轉(zhuǎn)換效率的主要因素是入射單色光-電子轉(zhuǎn)換效率（IPCE），IPCE主要由光捕獲效率、電荷收集效率和電子注入效率三部分組成。光捕獲

2、效率主要與染料敏化劑的種類(lèi)和光陽(yáng)極上吸附的染料分子數(shù)量有關(guān)；電子收集效率受光陽(yáng)極材料和電解質(zhì)種類(lèi)以及對(duì)電極催化活性等因素影響。電子注入效率主要與染料敏化劑和光陽(yáng)極的能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與染料敏化劑在光陽(yáng)極表面沉積狀態(tài)有關(guān)。本文通過(guò)優(yōu)化光陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，提高電子傳輸速度，減小復(fù)合幾率，提高電子注入效率，達(dá)到最終提高光電轉(zhuǎn)換效率的目的。主要工作內(nèi)容由兩部分組成：
　　1.利用ITO納米顆粒的高電導(dǎo)率特性，設(shè)計(jì)一個(gè)DSSCs的有效光陽(yáng)極結(jié)構(gòu)。通過(guò)

3、IPCE、電化學(xué)阻抗譜（EIS）和電流密度-電壓（J-V）曲線測(cè)試表明：ITO納米顆粒作為光生載流子電子阱提高了界面電荷傳輸效率，降低了光陽(yáng)極與電解液界面之間的傳輸阻抗，增加了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。與不含 ITO層的對(duì)比樣品相比，含有ITO層的DSSCs光電轉(zhuǎn)換效率提高了15.06%。
　　2.γFe2O3屬于寬禁帶半導(dǎo)體氧化物，取一定比例的γFe2O3磁納米顆粒與TiO2混合，制成TiO2/γFe2O3介孔光陽(yáng)極，在染料敏化太陽(yáng)能

4、電池中作為電子傳輸層。磁化后的 TiO2/γFe2O3光陽(yáng)極能夠產(chǎn)生一個(gè)20G左右的弱磁場(chǎng)，與沒(méi)有被磁化的TiO2/γFe2O3光陽(yáng)極 DSSCs比較，該磁場(chǎng)能夠使光電轉(zhuǎn)換效率提高21.23%。通過(guò)EIS、PL光譜和調(diào)制光電壓譜（IMVS）測(cè)試表明：磁場(chǎng)的存在降低了電池內(nèi)部阻抗，增加了電子傳輸效率，有效抑制了電子在傳輸過(guò)程中的復(fù)合。而且剩磁能夠引起釕原子中心電子的自旋耦合，進(jìn)而促進(jìn)電子從單重態(tài)轉(zhuǎn)變到三重態(tài)，增加來(lái)自于激發(fā)態(tài)染料分子的電荷