染料敏化太陽電池光陽極的光散射增強(qiáng)與光伏性能優(yōu)化.pdf

1、染料敏化太陽能電池(DSSC)以其制造成本低廉、工藝簡單等特點(diǎn)引起了廣大太陽能電池領(lǐng)域研究者們的濃厚興趣。染料敏化太陽能電池的主要組成結(jié)構(gòu)由上到下分別是光陽極、電解質(zhì)和對(duì)電極。染料敏化電池光陽極是由TiO2納米晶薄膜組成的，在過去的一段時(shí)間里，許多研究者們對(duì)納米晶薄膜的形貌進(jìn)行改進(jìn)以求提高染料敏化電池的性能。在對(duì)光陽極上的納米晶薄膜形貌進(jìn)行改進(jìn)的同時(shí)，有些研究者發(fā)明了一種新的提高染料敏化電池性能的方法，在25nm的TiO2納米晶薄膜傳輸

2、層上嵌入光散射顆粒。
　　 論文介紹了兩種核殼結(jié)構(gòu)的光散射顆粒及其制備方法，分別鑲嵌于25nm的TiO2納米晶薄膜傳輸層內(nèi)作為光散射層。第一種光散射顆粒是由經(jīng)典的St(o)ber法制備均勻分散的SiO2球，經(jīng)過離心干燥后分散在溶液中，水解鈦酸四丁酯(TBOT)并經(jīng)過退火使SiO2球表面包覆一層銳鈦礦晶相的TiO2外殼，由此可以制備出核殼結(jié)構(gòu)的SiO@TiO2光散射顆粒;第二種是在單分散的YVO4∶Eu3+，Bi3+@TiO2熒光

3、粉的外表面用上述同樣的方法水解鈦酸四丁酯(TBOT)包覆一層TiO2納米晶外殼。以上兩種光散射顆粒分別通過TEM，SEM，XRD等對(duì)它們的形貌及性質(zhì)進(jìn)行了研究;具體步驟和結(jié)論如下:
　　 (1)以正硅酸四乙酯(TEOS)為前驅(qū)液，室溫下在氨水、乙醇和水的混合溶液中水解，以8000rpm的轉(zhuǎn)速離心沉淀，100℃干燥得到單分散的SiO2亞微米顆粒，其粒徑可以通過調(diào)節(jié)氨水與水的比例來控制。制備的粉末在場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)

4、的掃描顯示下呈現(xiàn)的是單分散的SiO2微球，表面光滑且大小均勻，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要的粒徑尺寸，我們制備了粒徑為180-350nm不等的SiO2微球。
　　 (2)通過水解鈦酸四丁酯(TBOT)在SiO2微球表面包覆一層非晶態(tài)的TiO2外殼，退火后在SiO2球表面形成銳鈦礦晶相的TiO2外殼，該光散射顆粒的優(yōu)勢(shì)有兩點(diǎn)。第一，TiO2是一種很穩(wěn)定的半導(dǎo)體材料，它對(duì)氧的吸附能力很強(qiáng)并且具有較高的光催化性能;第二，SiO2的折射系數(shù)是1.46，

5、而TiO2的折射系數(shù)是2.56，根據(jù)米氏散射效應(yīng)，當(dāng)內(nèi)外媒介質(zhì)的折射系數(shù)存在較大的差異時(shí)，該復(fù)合球形離子對(duì)于光將產(chǎn)生較好的散射效果。所以把該復(fù)合粒子添加入染料敏化太陽能電池光陽極作為散射機(jī)制是可行的。由該復(fù)合粒子組裝而成的染料敏化太陽能的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了5.1％。
　　 (3)采用類似的方法，水解鈦酸四丁酯在YVO4∶Eu3+，Bi3+表面包覆一層非晶態(tài)的TiO2外殼。再經(jīng)過同樣的條件退火，在表面形成銳鈦礦的TiO2外殼。經(jīng)過

6、測(cè)試表明，該復(fù)合散射顆粒不僅擁有一定的光散射效果，還具有較寬的光譜響應(yīng)波段。由該復(fù)合粒子組裝而成的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了5.6％。
　　 (4)以上述兩種復(fù)合粒子作為光散射顆粒制備的染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到了5.1％和5.6％，其光電轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未添加光散射顆粒的染料敏化太陽能電池（光電轉(zhuǎn)換效率僅僅為3.5％），實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了光陽極薄膜的厚度為18um左右最有利于染料的吸附和光生載流子的傳輸，進(jìn)而