基于钛基底的高效染料敏化太阳能电池的研究

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染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell, DSSC)是一种低成本,环境友好,制备工艺简单的新型太阳能电池,被认为是可以取代硅太阳能电池能够广泛应用。柔性可弯曲DSSC的研究更能够开拓其应用范围及市场。由于金属钛(Ti)箔具有耐高温性,低电阻性,耐腐蚀性以及轻便可弯曲等优点,已被应用于柔性DSSC的基底材料。本文详细研究了Ti箔作为光阳极基底和对电极基底材料制备的高效小面积及大面积DSSC。首先,以Ti箔作为光阳极基底,研究了化学处理对它表面形貌及电池效率的影响。使用酸+双氧水+四氯化钛处理时,在Ti箔表面形成分层结构,上层为二氧化钛(TiO2)纳米森林结构,下层为TiO2纳米粒子层,厚度分别是200nm和600nm。基于纳米森林结构的全柔性Ti箔DSSC效率达到8.46%。表征考察了TiO2纳米森林层的作用,发现它对染料吸附量、电子传递和收集效率,抑制电子复合等方面有着积极的作用。制备了简单廉价的P25浆料,基于其的全柔性Ti基底DSSC效率达到7.8%。其次,以Ti箔作为对电极基底,通过简单的酸处理除去表面氧化物,制备出效率相当于溅射Pt的Ti/Pt对电极。研究了不同气体氛围烧结对Ti/Pt对电极的影响,发现烧结中N2保护是必要的,而空气烧结后对电极性能差的原因主要是表面TiOx的形成阻碍了电子向外传递。制备出效率可达8.81%的Ti/Pt对电极,相应的FTO/Pt为8.53%。最后,制备了活性面积2.7cm2的Ti光阳极,导电塑料(ITO/PEN)对电极全柔性DSSC,效率达到6%以上,并在1000h内性能保持稳定。制备出活性面积为16.2cm2的Ti基底大面积DSSCc其中,以Ti箔作为光阳极,ITO/PEN为对电极的全柔性电池效率达到4.73%;以Ti箔作为光阳极,FTO(掺杂氟的SnO2导电玻璃)为对电极的半柔性电池效率达到4.58%;以Ti基底为对电极,FTO为光阳极的半柔性电池效率达到4.76%。
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