磁控溅射制备染敏电池复合对电极及其性能表征

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染料敏化太阳能电池作为第三代太阳能电池,具有原材料丰富、成本低廉、生产工艺简单、容易大规模生产等优点。对电极是染料敏化太阳能电池的重要组成部分,其催化活性、导电能力、化学稳定性等方面的性能很大程度上决定了电池的光伏性能。现有贵金属对电极成本较高,制约了染料敏化太阳能电池的产业化发展。所以研发新型对电极材料,提高电池的光电转化效率,成为目前研究的重点。本论文主要采用磁控溅射法在ITO导电玻璃上制备金属银层,并通过物理手段复合具有高导电性的石墨,制备Ag-C复合对电极。将它们组装电池并测试,得到了可观的光电转换效率。使用磁控溅射与物理刮涂的办法结合制备此种Ag-C对电极,具有广阔的应用前景。具体研究内容如下:(1)使用磁控溅射沉积系统在ITO导电玻璃制备Ag薄膜,然后使用铅笔均匀涂抹,将石墨与银复合在ITO导电玻璃上,制备了新型的Ag-C复合材料对电极。通过组装成电池测试得到了1.21%的光电转换效率。(2)使用磁控溅射沉积系统在ITO导电玻璃制备Ag薄膜,后在Ag层基础上增加Ti O2镀层,然后使用铅笔均匀涂抹,将石墨复合在Ag-Ti O2镀层上,组装电池测试得到了3.23%的光电转换效率。相比于单纯的Ag-C修饰对电极,光电转换效率提高明显。(3)使用磁控溅射沉积系统在ITO导电玻璃制备Ag薄膜,然后使用石墨混合液涂抹,将石墨复合在Ag镀层上,并在石墨混合液中掺杂纳米级Ti O2粉体,组装电池测试分别得到了2.37%,3.08%的光电转换效率。相比铅笔刮涂,石墨沉积更加均匀,光电转换效率有明显增加。(4)使用磁控溅射沉积系统在ITO-PET导电薄膜上制备Ag与Cu薄膜,并在镀Ag基础上增加Ti O2镀层,然后使用铅笔均匀涂抹,将石墨与金属复合在PET导电薄膜上。通过组装成电池测试得到Ag基PET衬底2.85%的光电转换效率,Ag基Ti O2夹层PET衬底2.57%的光电转换效率,Cu基PET衬底2.11%的光电转换效率。使用PET衬底的Ag-Ti O2-C对电极光电转换效率较ITO衬底有所下降,同时发现使用Cu为镀层材料时光电转换效率较金属Ag作为镀层时有所下降。
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