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染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell,DSSC)是一种新型太阳能电池,具有制作成本低,工艺简单,性能稳定等优点。一般地,DSSC是以导电玻璃为基底,因此制作成本偏高,器件笨重。采用柔性导电基底材料时,不仅可以降低制造成本和减小器件自身重量,而且柔性材料还具有可卷曲、抗冲击、不易破碎和便于运输与安装等优点。但是柔性导电基底耐高温性能较差,低温处理光阳极时会造成纳米TiO2与柔性导电基底接触不良,薄膜易开裂,以至于影响电池性能。本文初步探讨在较低温度条件下改善纳米粒子之间连结,增强纳米TiO2在柔性导电基底附着强度的方法。本论文针对上述问题,分别做如下研究:
(1)采用光电性能较好的Degussa P25纳米TiO2作为光阳极材料,利用HBF4作为“粘合剂”,将TiO2粒子“粘”到导电基底上,并形成多孔膜结构。研究了不同浓度的HBF4对所制薄膜电极的表面形貌,染料吸附量及光电性能的影响。结果表明:随着HBF4浓度的增大,电池的光电转化效率呈现先增大后减小的趋势,当HBF4浓度为22.5%时,所制TiO2薄膜电极组装的电池光电性能最好,Jsc=6.24mA/cm2,Voc=0.75V,FF=0.61,η=2.84%。
(2)采用凝胶-水热法制备了粒径约为20nm的锐钛矿TiO2纳米粒子,以此作为光阳极材料,添加聚乙二醇得到浆料后采用丝网印刷法制备表面规整的薄膜电极。研究发现用紫外光照射处理此电极后,薄膜电极出现轻微的龟裂;红外结果显示,经紫外光照射后,薄膜内的聚乙二醇已基本除去,说明紫外光可以有效的分解薄膜内的有机物质,减少薄膜内的电子复合中心,有利于薄膜内的电子传输;Ⅰ-Ⅴ测试结果表明,紫外光照射处理薄膜电极后,所制电池的光电效率是未经紫外光处理时所制电池的2.5倍。
(3)首先在导电玻璃表面溅射一层不同厚度、致密的TiO2薄膜,以此作为阻隔层,再采用刮涂法在该阻隔层上方制备一层多孔TiO2薄膜形成复合电极。研究了不同阻隔层厚度对复合电极的电化学阻抗、光电性能和电子寿命的影响。结果表明:随着阻隔层厚度的增大,复合电极的电化学阻抗也随之增大;复合电极的光电性能则呈现先增大后减小的趋势,当阻隔层厚度为400nm时,复合电极的光电性能最佳:Jsc=8.58mA/cm2,Voc=0.8V,FF=0.73,η=5.03%;复合电极电子寿命的变化趋势与电池的光电转化效率所呈现的规律一致,也是先增大后减小,当阻隔层厚度为400nm时,电子寿命最高为622μs。