染料敏化太阳能电池的制备及光电性能的研究

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染料敏化太阳能电池(DSSC)主要是通过对植物叶子光合作用原理的模仿,基于纳米技术发展起来的一种新型光电化学太阳能电池。由于其价格低廉、制作工艺相对其他种类电池简单,且具有易于大面积工业化生产的潜力,同时其所有原材料和生产工艺都是安全无毒、无污染的,其中一些材料还可以得到充分的回收和有效利用,对保护人类环境具有重要的意义。本文通过粉末涂敷法制备了纯TiO2薄膜光阳电极,同时在纯TiO2薄膜中引入半导体ZnO制备成ZnO/TiO2复合薄膜光阳电极,利用XRD、SEM和紫外-可见光-近红外分光现代手段对所制备的薄膜的晶型、表面形貌和光学性能进行了表征,然后对由其所组装成的电池进行了光电性能测试。通过正交试验,对粉末涂敷法制备TiO2薄膜的工艺参数进行优化,选取了主要的四个影响因素即乙酰丙酮、OP乳化剂、蒸馏水的量和研磨时间进行研究。实验结果表明,通过粉末涂敷法所制备的TiO2薄膜为锐钛矿和金红石相混晶结构,但锐钛矿相占主导地位,纯度较高,在[101]面具有一定的择优取向;得到的最优工艺参数为乙酰丙酮0.2ml,蒸馏水10ml,OP乳化剂0.1ml和研磨时间60分钟时,所制备的薄膜具有较好的光电性能,光电转换效率为4.51%。本文在由粉末涂敷法最优工艺参数条件下所制备的TiO2薄膜中引入宽禁带半导体材料ZnO,对其进行复合得到ZnO/TiO2复合薄膜。借助紫外-可见光-近红外分光光度计和场发射扫描电子显微镜对ZnO/TiO2复合薄膜电极进行紫外-可见光学性能和表面形貌进行了表征,研究了在制备复合薄膜过程中浸泡时间对薄膜光电性能的影响,并与纯TiO2薄膜进行了对比。结果表明,在浸泡时间为80分钟时,所制备的复合薄膜在厚度上比较适中,且能极大的降低暗电流的产生,改善电极的禁带结构,电池的光电性能最佳,达到4.99%,与纯TiO2薄膜相比,光电转换效率提高了10.6%。
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