染料敏化太陽電池多孔薄膜中陷阱態(tài)分布研究.pdf

1、染料敏化太陽電池(Dye-sensitized Solar Cells，簡稱DSSCs)具有結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低及穩(wěn)定性好等優(yōu)點，已成為太陽電池領(lǐng)域研究的熱點之一，經(jīng)過研究人員近二十年的努力，效率已達(dá)13％。這很好的顯示了DSSCs大面積電池制作及產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用前景。
　　但DSSCs中界面接觸較多，系統(tǒng)較復(fù)雜，故存在較多的能量損失，嚴(yán)重影響著DSSCs性能的進(jìn)一步提升。納米TiO2作為經(jīng)典的DSSCs的光陽極材料，即可以用于傳輸電

2、子，又可以用來吸附染料，在DSSCs中具有重要作用，近年來，以微米球為光陽極材料的DSSCs的效率也達(dá)到了11.6％，本課題組以微米球為光陽極的電池效率也達(dá)到了11.2％。由此可也看出，TiO2的形貌結(jié)構(gòu)以及由其所導(dǎo)致的多孔薄膜中陷阱態(tài)的含量與分布對電池性能具有較大影響。陷阱態(tài)是由晶格缺陷、界面離子吸附、雜質(zhì)及表面斷鍵等形成的，陷阱態(tài)的存在對電子在膜內(nèi)傳輸影響很大，調(diào)控陷阱態(tài)的含量及分布可以在一定程度上改善電池性能，但是，有關(guān)陷阱態(tài)的測

3、試手段目前還沒有系統(tǒng)的討論，實驗條件對陷阱態(tài)含量及分布的影響，微米球與小顆粒的陷阱態(tài)分布情況等均沒有詳細(xì)的研究與報道。
　　本文將多孔薄膜中陷阱態(tài)作為研究的出發(fā)點，首先對陷阱態(tài)的測試手段進(jìn)行了較為全面的介紹與分析，為適合本組陷阱態(tài)分析手段的選擇提供一些參考。在此基礎(chǔ)上，本論文工作中采用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、電化學(xué)阻抗譜(EIS)、循環(huán)伏安法(C-V)與光電子能譜(XPS)對相關(guān)樣品中陷阱態(tài)的分布情況進(jìn)行分

4、析，根據(jù)納米TiO2的合成過程設(shè)計了不同水熱反應(yīng)時間、溫度及pH值等三組條件實驗，分析研究了合成條件對所得樣品中陷阱態(tài)分布的影響。結(jié)果表明:(1)陷阱態(tài)的含量隨著反應(yīng)時間的延長樣品結(jié)晶性更好，同時樣品尺寸增大導(dǎo)致比表面積減少，所以陷阱態(tài)隨著時間的延長而減少;(2)隨著溫度的升高，樣品的結(jié)晶性雖然更好，但并沒有改變比表面積的情況，此時陷阱態(tài)隨溫度升高而增多可能是由于在高能量下，陷阱態(tài)向樣品體相轉(zhuǎn)移;(3)酸性條件比堿性條件對樣品的腐蝕性強

5、，所以酸性條件下樣品的尺寸相對較小，即比表面積較大，這導(dǎo)致酸性條件下形成的樣品具有更多的陷阱態(tài)。
　　最后在以上研究的基礎(chǔ)上，分析了不同膜厚、不同燒結(jié)時間及微米球與小顆粒的陷阱態(tài)分布情況，結(jié)果表明:(1)膜厚度越大，陷阱態(tài)越多;(2)燒結(jié)時間不改變樣品BET的情況，卻增加了陷阱態(tài)的含量，這說明隨著燒結(jié)時間的延長，陷阱態(tài)向體相移動;(3)微米球中陷阱態(tài)含量明顯少于小顆粒中的，這是因為微米球具有較小的比表面積。
　　論文總結(jié)了D