染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的制備及其光電性能研究.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-Sensitized Solar Cell，DSSC)被認(rèn)為是未來(lái)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展有前景的方向之一。目前作為DSSC主要光陽(yáng)極材料是TiO2。TiO2禁帶寬度約為3.2 eV，只能吸收太陽(yáng)光當(dāng)中3～5％的紫外部分，同時(shí)由于TiO2半導(dǎo)體的載流子傳輸速率較低，光生電子-空穴復(fù)合幾率大，因此基于TiO2光催化劑的染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)光的利用效率相對(duì)較低，新型光陽(yáng)極材料的研究是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
　　本論文通過(guò)對(duì)

2、TiO2薄膜進(jìn)行與嵌碳TiO2微球復(fù)合增加TiO2載流子傳輸速率、來(lái)提高TiO2染料敏化太陽(yáng)能電池的光電性能;另外，本論文還研究了Li4Ti5O12和Ta2O5來(lái)替代TiO2，作為DSSC的光陽(yáng)極，探討了替代TiO2的可行性。
　　本論文的主要研究結(jié)果如下:
　　采用火焰輔助熱解方法制備了球狀嵌碳二氧化鈦粉末，并分別通過(guò)X射線衍射，掃描電鏡，X射線能量色散譜對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、表面形貌和元素成分等進(jìn)行了研究。由制得的二氧化鈦微球和

3、商用P25復(fù)合通過(guò)絲網(wǎng)印刷方法制備DSSC光陽(yáng)極，發(fā)現(xiàn)適量的嵌碳二氧化鈦微球可提升DSSC的光電性能。當(dāng)二氧化鈦微球含量為10％wt時(shí)，DSSC短路電流為4.15 mA cm-2，開(kāi)路電壓為0.79V，填充因子為0.47，能量轉(zhuǎn)換效率為1.55％，為單純P25光陽(yáng)極DSSC的1.47倍(1.05％)。光陽(yáng)極中引入的二氧化鈦微球提升了光生電子的傳輸速度，并減少了光生電子和空穴的復(fù)合。
　　利用旋涂法制備Li4Ti5O12(LTO)薄

4、膜，同時(shí)制備了LTO-炭黑復(fù)合薄膜，研究了LTO薄膜及其復(fù)合薄膜的光電化學(xué)性能。隨著炭黑的含量增多，紫外-可見(jiàn)光下復(fù)合薄膜的光電流逐漸增大，載流子傳輸速度增加;但是在可見(jiàn)光照射下，無(wú)論是純的LTO還是LTO-炭黑復(fù)合薄膜都沒(méi)有光響應(yīng)。之后將LTO-炭黑復(fù)合薄膜應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池中，結(jié)果表明LTO-炭黑復(fù)合薄膜的光伏特性較弱，短路光電流密度只有0.0088 mA cm-2，DSSC的效率較低。
　　采用一步火焰輔助熱解法制備了

5、Ta2O5微球。得到的Ta2O5微球尺寸在0.5～1.0μm之間，微球由Ta2O5納米顆粒組成。用絲網(wǎng)印刷的方法將Ta2O5微球印刷在FTO導(dǎo)電玻璃表面制成薄膜光陽(yáng)極，并組裝DSSC電池。根據(jù)乙醇鉭/乙醇的體積比，制備了1∶5、1∶10、1∶15三種光陽(yáng)極DSSC。其中Ta2O5(1∶10)微球光陽(yáng)極DSSC的光電性能最好，短路電流為0.032 mA cm-2，開(kāi)路電壓為0.51 V，填充因子為0.34，總的光電轉(zhuǎn)換效率為0.0057％