论文部分内容阅读
能源与环境的可持续发展是当今人类社会的重要发展战略。随着现有能源危机的日益严重，新能源的发展势在必行。太阳能能源清洁无污染，源源不断地照射到地球表面，成为最具开发潜力的新能源之一。染料敏化太阳能电池(DSSCs)是一种新型绿色电池，它制作工艺简单、成本低廉、效率高，因而具有良好的发展前景。目前，DSSCs的实际光电转换效率偏低，而二氧化钛(TiO2)薄膜光阳极和对电极是染料敏化太阳能电池的重要组成部分。本文通过丝网印刷法制备不同层数(6～10)的薄膜光阳极，重点研究了不同印刷层数对其光电性能的影响。通过对石墨烯/二氧化钛(GNS/TiO2)复合膜的优化制备，有效地提高了电池的光电性能。主要内容及实验结果如下: 1)水热生长法制备TiO2纳米束阵列薄膜电极。以钛酸丁酯为前驱体，通过水热法在导电玻璃(FTO玻璃)上生长出TiO2纳米束阵列，并对其晶型、形貌等进行分析。进一步研究了钛酸丁酯的加入量对TiO2纳米束阵列形貌及长度的影响。实验结果表明:在一定的反应条件下，当钛酸丁酯的加入量为0.6 mL，反应时间为20 h时，生长的TiO2纳米束阵列均匀致密，通过其组装的DSSCs的光电性能最佳，光电转化效率为1.49％。 2)丝网印刷法制备TiO2纳米颗粒光阳极。以钛酸丁酯为前驱物，通过水热法制备TiO2纳米颗粒，并配备成丝网印刷胶体，采用丝网印刷法在FTO玻璃基底制备TiO2纳米颗粒薄膜并将其应用于DSSCs。研究了印刷层数对DSSCs光电性能的影响。实验结果表明:随着印刷层数从6层增加到8层时(厚度从8.7μm增加到11.6μm)，DSSCs的光电流和光电转换效率也逐渐提高。当印刷数为8层(厚度11.6μm)时，DSSCs的光电转换效率达到5.99％;随着印刷层数从8层进一步增加到10层时，DSSCs的光电性能逐渐降低，这是由于厚度的增加不利于电子的转移以及对光的俘获。进一步研究了DSSCs在不同单色光源下的性能及入射光强的变化对电池性能的影响。 3)采用机械混合和丝网印刷法制备GNS/TiO2纳米颗粒复合薄膜。将一定量的石墨烯纳米片(GNS)加入到TiO2浆料中，应用于染料敏化太阳能电池。实验结果表明:当印刷层数为8层时，石墨烯的加入使电池的光电转换效率从5.99％增至6.69％。GNS的加入可以降低染料敏化太阳能电池电解质/电极的界面电阻和减弱电子-空穴的复合反应，增强了电子的转移速率，从而使电池的光电转换性能得到提高。 4)采用滴涂法在FTO玻璃基底上制备石墨烯薄膜，将其应用于染料敏化太阳能电池对电极。实验结果表明，在光源0580WLL01(峰值发射波长?p:447 nm，主波长？D:544nm，半波宽？？:129 nm)80 W/m2的光照下，石墨烯薄膜电极电池的光电等效转换效率为Pt电极电池的42.5％。