鐵電偶極子電場優(yōu)化染料敏化太陽能電池.pdf

1、鐵電偶極子電場優(yōu)化染料敏化太陽能電池重慶大學碩士學位論文（學術學位）學生姓名：馮克源指導教師：肖鵬教授劉曉燕教授專業(yè)：物理學學科門類：理學重慶大學物理學院二O一七年四月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要染料敏化太陽能電池（DSCs）因為具有較低的制作成本，相對較高的光電轉化效率，因此引起了廣泛的關注。DSC的主要結構包含F(xiàn)TO集電極，半導體材料光陽極，鉑電極作為對電極。DSC是一種比較特殊的太陽能電池，它可以把光吸收以及電子傳輸兩個過程

2、分開。在入射光的照射下，染料分子吸收光子產生電子，染料中的電子注入到光陽極中時，在光陽極膜內就有了兩個過程：電荷的傳輸和電荷的復合。電子的傳輸是沿著光陽極傳遞到FTO上，但是電子的傳輸是依靠電子濃度梯度來完成的，存在著一定的隨機性和無序性。而相應的電荷的復合過程主要是指電子和電解液中I3離子的復合過程，因此兩個過程之間就存在了競爭。一般光陽極半導體材料具有很大的比表面積，可以吸附染料以及給電子提供傳輸路徑。但是在該半導體材料帶來巨大的比

3、表面積的同時也帶來了更多的電荷復合的機會。因此在光陽極內提高電子的傳輸，抑制電荷的復合是提高DSC效率的有效途徑。鐵電材料由于其特殊的結構特性，在居里溫度以下晶格結構內的正負電荷不重合，產生了一定的自發(fā)極化電場，并且產生的自發(fā)極化電場足夠使電子空穴分離。近些年來鐵電材料開始應用于有機太陽能電池，研究結果顯示該方案起到了一定的積極作用。本研究中我們將鐵電材料引入到DSC中，希望能夠利用其自發(fā)極化電場促進光陽極內電子的運動，減少電荷復合率。

4、本研究以TiO2為光陽極材料，結合鐵電材料BaTiO3和LiNbO3。制備了BaTiO3TiO2以及LiNbO3TiO2光陽極，并組裝DSC。系統(tǒng)研究了制備漿料中乙基纖維素（EC）最佳質量比以及光陽極在染料中最佳浸泡時間、濃度。利用XRD、SEM、AFM和SSPFM等方法表征光陽極薄膜的成分與形貌結構，采用電流電壓輸出特性（JV）、電化學阻抗譜（EIS）分別研究了最佳制作電池工藝、BaTiO3以及LiNbO3的復合含量對DSC的光電轉換

5、效率和電輸運性能的影響。得到的主要結果如下：①.EC在DSC中起到造孔劑和粘結劑的作用：當EC比例為9wt%時，DSC達到最高轉化效率（5.28%）以及最高的染料吸附量（74.0nmolcm2）。②.隨著光陽極浸泡染料濃度的降低，電池達到最高效率所需要的浸泡時間升高；光陽極浸泡染料濃度為0.5mM、浸泡時間22h和濃度為0.6mM、浸泡時間18h得到的電池有較高的效率。③.當BaTiO3的濃度為1.0wt%的時候，DSC獲得最高的能量轉