蝶翅結(jié)構(gòu)TiO2膜在染料敏化太陽能電池中的探索研究.pdf

1、染料敏化TiO2納米晶太陽能電池(NPC , nanocrystalline photovoltaic cell)是一種新型光電化學(xué)太陽能電池,由于它制作工藝簡單、成本低和性能穩(wěn)定,并且對(duì)環(huán)境無污染,具有良好的開發(fā)前景。它是解決世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)和環(huán)境問題的一條重要途徑。已有研究表明光陽極的微觀結(jié)構(gòu)是影響染料敏化太陽能電池性能的一個(gè)重要因素。因此開發(fā)各種不同的顯微結(jié)構(gòu)的光陽極是染料敏化太陽能電池研究的重要部分。而自然界中,蝴蝶進(jìn)化出各

2、種色彩繽紛的翅膀,研究表明蝶翅顏色與其微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。一方面,有些蝴蝶翅膀呈現(xiàn)出黑色或者深灰褐色,深色的翅膀能使其吸收更多的能量,從而能使自己的體溫快速升高到合適的溫度,增加其在寒冷氣候下和高海拔地區(qū)的生存機(jī)率。最近研究發(fā)現(xiàn)某些鳳蝶科蝴蝶黑色翅膀上的微細(xì)鱗片具有準(zhǔn)蜂窩的結(jié)構(gòu)(QHS,quasi-honeycomb like structure)。這種結(jié)構(gòu)經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可以最大限度地吸收可見光,起著類似光陷阱的作用,也就是,光進(jìn)入其表明后,在其

3、內(nèi)表面反復(fù)反射吸收。另一方面,處于求偶和捕食的需要,某些蝴蝶進(jìn)化出了艷麗的帶有金屬光澤藍(lán)色或綠色,亦即對(duì)某一特定波長具備高反射率。研究發(fā)現(xiàn)這些藍(lán)綠色鱗片內(nèi)具有準(zhǔn)光子晶體結(jié)構(gòu)(QPCS,quasi-photonic crystal structure),反射光的顏色正處于其光子禁帶中。受蝶翅顏色與結(jié)構(gòu)之間的緊密聯(lián)系所啟發(fā),本研究選擇兩種蝶翅結(jié)構(gòu)作為生物模板,將蝶翅結(jié)構(gòu)復(fù)制在透明導(dǎo)電玻璃表面,并組裝成染料敏化太陽能電池(DSSC,dye-s

4、ensitized solar cell),比較其光電性能,希望能對(duì)DSSC電極的研究提供新的結(jié)構(gòu),從而能獲得具有較高光捕獲效率乃至高光電轉(zhuǎn)化效率的DSSC。(1)光陽極制備及電池組裝：本文采用遺態(tài)法,以鈦酸四丁酯的無水乙醇溶液為前驅(qū)體,在導(dǎo)電玻璃上復(fù)制了蝶翅結(jié)構(gòu)。在染料N3乙醇溶液中浸泡24小時(shí)后,得到蝶翅結(jié)構(gòu)TiO2光陽極,組裝成染料敏化太陽能電池后,添加電解液,完成電池的組裝。(2)光陽極材料表征及電池性質(zhì)研究：比較研究了兩種蝶翅