作为一种新型的绿色能源转换器件,染料敏化太阳能电池(DSSCs)因其成本低、制备简单等优点,成为研究热点之一。DSSCs主要由光阳极、电解质和对电极三部分组成。光阳极具有传输电子和吸附染料的作用,其微观物理化学结构对电池的光电转换效率有重要影响,是DSSCs的核心部分。最常用的光阳极材料为TiO2薄膜,TiO2膜层的粒子尺寸、孔结构、厚度以及染料吸附量决定着电池效率。为了阐明TiO2薄膜结构与电池性能间的内在关联,本文从增大染料在TiO2膜层中的吸附量入手,采用碳/TiO2复合纳米材料为浆料来制备TiO2光阳极,通过碳材料添加量来调控烧蚀后TiO2光阳极中的孔结构,揭示孔结构与染料负载量和电池性能之间的关联,为提高染料敏化太阳能电池的性能提供技术支撑。在第二部分,着重考察了共敏染料组成及配比等对电池性能的影响规律,为开发纯有机染料敏化太阳能电池做了有益的探索。具体研究内容如下所示:1.首先,考察了 TiO2膜层制备条件对电池性能的影响规律,发现TiO2(～20 nm)浆料的组成以及制备过程对电池性能有显著的影响,其原因在于,这些因素可以改变TiO2膜层的孔结构。其次,在优化的实验条件下,将碳球(100～200 nm)与TiO2(～20 nm)粉末制成复合浆料,考察碳球烧蚀后TiO2膜层中孔结构对染料吸附量以及电池性能的影响。结果表明,随复合浆料中碳球含量增大,TiO2膜层中比表面积逐渐增大、吸附染料量逐渐增多,电池效率呈增大趋势。当复合浆料中碳球含量为3%时,可使染料(E)-3-(5-(5-(4-(双(1,3-二己基-2-硫代-2,3-二氢-1H-苯并咪唑-5-基)氨基)苯基)噻吩-2-基)噻吩-2-基)>2-氰基丙烯酸(AZ6)敏化电池的光电转换效率从6.61%提高到7.34%。最后,在固定浆料涂层总次数(3次)条件下,考察了碳/TiO2复合浆料使用顺序和次数对AZ6敏化电池性能的影响。发现将碳/TiO2复合浆料和TiO2浆料共同使用,碳/TiO2复合浆料涂层的位置及涂层的数目均可影响电池的性能,在最优条件下,可使AZ6敏化电池的光电转换效率从6.61%提高到7.77%。其原因在于,碳球刻蚀后形成的孔结构在膜层中位置和数量会影响染料的有效吸附,从而导致电池性能发生变化。2.考察了三种新型共敏剂(含吡啶基团的液晶型染料)对AZ6电池性能的影响。结果表明,共敏剂的分子结构、浓度以及敏化时间对AZ6电池性能均有影响。在最佳条件下,共敏剂4-(2-(4-(2-(4-丙基环己基)乙基)苯基)乙炔基)吡啶(3N)可使AZ6电池光电转换效率稍有提高,同时增强了电池的长期稳定性,在1000 h后电池效率相对于初始效率仅仅降低了 8.56%。这说明可通过选择合适的共敏剂来调控电池的光电转换效率和稳定性。