Er+3摻雜TiO2電極的染料敏化太陽能電池的性能研究.pdf

1、到2050年，人類對能源的消耗量將是現(xiàn)在一倍多，到本世紀(jì)末將達(dá)到3倍左右。政治，經(jīng)濟(jì)和社會的穩(wěn)定需要大量的能源供應(yīng)。然而，全球石油的產(chǎn)量很快就不能滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，這是一個非常可怕的結(jié)果，這個問題引起了人們的日益關(guān)注。另外，由于化石燃料燃燒后，排放出二氧化碳，引起全球變暖，而全球變暖又破壞環(huán)境的。因此，為了減少二氧化碳的排放量，發(fā)展無碳能源以滿足社會發(fā)展的需要，但是如何利用無碳能源將成為本世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)之一。
　　

2、 毫無疑問，太陽能是最理想的無碳能源。太陽平均每年輻射到地球上的太陽能是全球每年平均所消耗能量的一萬倍，是地球上可以利用的最大清潔能源。然而為了充分利用輻射到地球上的太陽能，我們需要發(fā)展太陽能利用技術(shù)，從經(jīng)濟(jì)學(xué)上來說，太陽能還不能完全取代化石燃料。如何有效的利用豐富的，環(huán)保的太陽能并且使其以較低成本地轉(zhuǎn)換為電能是困擾廣大科學(xué)家的一個難題。
　　 在過去的十年里，染料敏化太陽能電池作為低成本的光電轉(zhuǎn)換裝置取代常規(guī)的無機(jī)光電轉(zhuǎn)換裝置

3、吸引了越來越多科學(xué)家的注意。在敏化太陽能電池中，二氧化鈦薄膜的多孔結(jié)構(gòu)明顯地增加了吸附在其表面的光敏化劑量，增加了光敏化劑的光捕獲能力并且保持了和電解質(zhì)比較好的接觸。染料敏化太陽能電池，光電轉(zhuǎn)換的完成是通過激發(fā)態(tài)的染料快速的將電子注入到二氧化鈦的導(dǎo)帶中，然后氧化態(tài)的染料分子被電解質(zhì)還原和并將空穴迅速地傳輸?shù)狡鋵﹄姌O。染料敏化太陽能電池已經(jīng)取得了10.4％的光電轉(zhuǎn)換效率。然而在很長的時期內(nèi)，如何使其能夠長期的，高效率的，穩(wěn)定的工作是一個新

4、挑戰(zhàn)，這對于染料敏化太陽能電池的應(yīng)用是非常重要的。
　　 我們制備了染料敏化太陽能電池的二氧化鈦光電極,并組裝了染料敏化電池和對電池的光電轉(zhuǎn)換進(jìn)行測試等，研究了DSSC半導(dǎo)體電極。在染料敏化太陽能電池的性能測試的過程中，研究了在電池的對電極后加一個反射鏡和不加反射鏡，電解液的組成對染料敏化太陽電池性能的影響，并研究了在染料敏化太陽能電池的光陽極摻入三氧化餌對提高染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響，并得到了6.05％的光電轉(zhuǎn)換效

5、率。
　　 主要做了以下有意義的工作：
　　 1.本論文以二氧化鈦粉末為原料，加入酒精，分散劑后進(jìn)行攪拌，把所得的漿料涂敷在導(dǎo)電玻璃上成膜，550 ℃熱處理30min后，在N3染料的乙醇溶液中（5×10-4 mol L-1）浸泡24小時，得到TiO2/染料電極。用夾子把TiO2/染料電極和鍍Pt的電極夾緊，在兩者之間滴加電解液，即完成染料敏化太陽能制作。在測試的時候，為了充分利用光，在對電極的后面加一個反射鏡，有利于光的

6、充分利用，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　 2.用水熱法制備了粒徑約為20nm的正方形二氧化鈦納米顆粒，加入酒精，分散劑和摻入二氧化餌納米顆粒進(jìn)行攪拌，把所得的漿料涂敷在導(dǎo)電玻璃上成膜，550℃熱處理30min后，在N719染料的乙醇溶液中（5×10-4 mol L-1）浸泡24小時，得到TiO2/染料電極。用夾子把TiO2/染料電極和鍍Pt的電極夾緊，在兩者之間滴加電解液，即完成染料敏化太陽能制作。然后又研究了在TiO2電極摻入

7、三氧化餌納米顆粒，對染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)換性能的影響。在AM=1.5的光輻射下，染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從4.83％提高到6.05％.
　　 3.研究了TiO2薄膜不同的退火溫度，TiCl4 處理與否，不同的電解液配置，沒有加鏡子和加鏡子，摻Er2O3和沒有摻Er2O3對電池光電轉(zhuǎn)化性能的影響。結(jié)果表明，加入Er2O3的TiO2薄膜在500℃退火30 min后，TiCl4 80℃處理30min，在N719染料的乙醇溶