Er+3摻雜TiO2電極的染料敏化太陽(yáng)能電池的性能研究.pdf

1、到2050年，人類對(duì)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(huì)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，這是一個(gè)非?？膳碌慕Y(jié)果，這個(gè)問(wèn)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(wú)碳能源以滿足社會(huì)發(fā)展的需要，但是如何利用無(wú)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(wú)疑問(wèn)，太陽(yáng)能是最理想的無(wú)碳能源。太陽(yáng)平均每年輻射到地球上的太陽(yáng)能是全球每年平均所消耗能量的一萬(wàn)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(yáng)能，我們需要發(fā)展太陽(yáng)能利用技術(shù)，從經(jīng)濟(jì)學(xué)上來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)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(yáng)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(gè)難題。
　　 在過(guò)去的十年里，染料敏化太陽(yáng)能電池作為低成本的光電轉(zhuǎn)換裝置取代常規(guī)的無(wú)機(jī)光電轉(zhuǎn)換裝置

3、吸引了越來(lái)越多科學(xué)家的注意。在敏化太陽(yáng)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(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)換的完成是通過(guò)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?duì)電極。染料敏化太陽(yáng)能電池已經(jīng)取得了10.4％的光電轉(zhuǎn)換效率。然而在很長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，如何使其能夠長(zhǎng)期的，高效率的，穩(wěn)定的工作是一個(gè)新

4、挑戰(zhàn)，這對(duì)于染料敏化太陽(yáng)能電池的應(yīng)用是非常重要的。
　　 我們制備了染料敏化太陽(yáng)能電池的二氧化鈦光電極,并組裝了染料敏化電池和對(duì)電池的光電轉(zhuǎn)換進(jìn)行測(cè)試等，研究了DSSC半導(dǎo)體電極。在染料敏化太陽(yáng)能電池的性能測(cè)試的過(guò)程中，研究了在電池的對(duì)電極后加一個(gè)反射鏡和不加反射鏡，電解液的組成對(duì)染料敏化太陽(yáng)電池性能的影響，并研究了在染料敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極摻入三氧化餌對(duì)提高染料敏化太陽(yáng)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(shí)，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(yáng)能制作。在測(cè)試的時(shí)候，為了充分利用光，在對(duì)電極的后面加一個(gè)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(shí)，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(yáng)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(duì)染料敏化太陽(yáng)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(yáng)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(méi)有加鏡子和加鏡子，摻Er2O3和沒(méi)有摻Er2O3對(duì)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