染料敏化太陽能電池電極材料改性及界面調(diào)控的研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(DSSCs)因其成本低，制備工藝簡單，理論效率高等優(yōu)點已成為新能源領域的研究熱點。本文以DSSCs為研究對象，針對電池中光子的捕獲、光生電子的傳輸、復合和收集等過程，對電池的電極材料改性優(yōu)化并進行界面調(diào)控，從而提高電池的光電性能及轉(zhuǎn)換效率。通過對電極材料的結構、形貌、電化學性能以及電池的光電性能等進行表征，從而深入研究電池內(nèi)部的工作機理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴制備稀土摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料ZnO∶Er+，Yb

2、3+，Li+和下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料ZnO∶Eu3+，Tb3+，并將其應用于DSSCs的光陽極中構建ZnO∶Eu3+，Tb3+/TiO2∶ZnO∶Er3+，Yb3+，Li+復合光陽極結構，利用其上、下轉(zhuǎn)換發(fā)光過程將近紅外光及紫外光轉(zhuǎn)換成可見光來拓寬電池的光譜響應范圍，增加電池的光電流，基于該復合結構的電池的短路電流密度達到10.13A/cm2，效率達到了4.48％。制備P25∶Ag NWs@TiO2復合結構，并將其應用于DSSCs的光陽極中，利

3、用AgNWs@TiO2的一維納米結構和高導電率提高電子傳輸速率同時增強入射光散射作用，當在P25漿料中引入0.2 wt％ Ag NWs@TiO2時，電池的性能最佳，獲得6.81％的光電轉(zhuǎn)換效率。⑵利用周期換向脈沖電位法在透明導電襯底FTO上制備NiS和NiS-PMo12電極，并作為DSSCs的對電極，通過比較不同對電極材料的性能，NiS-PMo12復合結構對I3-的還原具有較高的電催化性能，基于該復合結構的DSSCs的效率達到了6.45

4、％，接近于Pt-DSSCs的性能，結果表明NiS-PMo12復合結構可替代Pt作為DSSCs的對電極材料。⑶在FTO/TiO2多孔層之間制備致密層，并在FTO與致密層之間制各界面層PW12，阻擋電解液與導電基底的直接接觸，以此來減少電池內(nèi)部的載流子復合，PW12薄膜可以接收TiO2導帶位置的電子并傳輸?shù)紽TO，從而促進電荷轉(zhuǎn)移提高電子的收集率。基于FTO/PW12/TiO2復合結構的DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率達到了9.3％，高于不含TiO

5、2致密層和PW12界面層的電池性能。在TiO2多孔薄膜層上制備NiO及NiO∶Eu3+，Tb3+薄膜構建TiO2/NiO和TiO2/NiO∶Eu3+，Tb3+結構，以減少TiO2多孔層和氧化態(tài)染料或電解質(zhì)的直接接觸，抑制界面的載流子復合，并且n型TiO2和p型NiO及NiO∶Eu3+，Tb3+形成p-n結可以促進載流子分離。研究結果表明基于TiO2/NiO∶Eu3+，Tb3+結構電池的光電性能優(yōu)于TiO2-DSSCs的性能，其相應的效率