dssc负载型纳米tio2薄膜电极制备及性能的研究

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1、万方数据摘要能源短缺与环境污染问题的同益突出促进了人们对可再生能源的开发和利用，太阳能作为一种清洁可再生能源逐渐成为了能源领域的研究热点。经过多年的努力，目前太阳能电池已经发展到了第三代，即染料敏化太阳能电池(Dye—SensitizedSolarCell，DSSC)。该类电池具备制备工艺简单，成本低廉，对环境零污染等优点，是硅基太阳能电池等主流电池强有力的竞争者，被誉为最具发展前景的太阳能电池。染料敏化太阳能电池的主要组成部分是纳米半导体薄膜光阳极。常用来制备薄膜电极的半导体材料为二氧化钛(Ti02)，但是单一的纳米二氧化钛薄膜电极易受吸收

2、光谱范围有限，电子在传输过程中易发生电子一空穴复合等条件的制约，致使其光电转换效率较低。本文从染料敏化电池电极薄膜的制备出发，首先用溶胶一凝胶法制备出纳米Ti02溶胶，再分别以水热合成法制备的ZnO纳米棒、碳纳米管(CabonNanotubes，CNTs)以及商用P25作为载体，制备三种负载型纳米Ti02薄膜，对其进行X射线衍射(X-RayDiffraction，XRD)表征；组装成染料敏化太阳能电池后，进一步进行光电性能测试与分析比较。(1)以不同碱性条件下水热合成的ZnO纳米棒为载体，与溶胶一凝胶法制备的纳米Ti02胶体进行混合，经处理后

3、将纳米Ti02负载到ZnO纳米棒表面，制备负载型ZnO棒／纳米Ti02薄膜电极。通过XRD对其微观结构进行表征，对组装后的DSSC进行光电性能测试。通过表征可知：溶胶一凝胶法制备的纳米Ti02具有粒径小、比表面积大的优点，而强碱条件下生成的ZnO纳米棒取向性生长更为明显，使电子沿直线快速导入基底，提高了电子的传输速率。经I．V测试表明，利用强碱条件生成的ZnO纳米棒为载体制备的DSSC光电性能较优，短路电流、开路电压可达到1．42mA／伽z和0．56V，光电转换效率比弱碱条件下制备的ZnO纳米棒负载后制得DSSC提高了近一倍。(2)用分散后质

4、量分数分别为O．1％、0．15％、0．2％的CNTs为载体，与溶胶-凝胶法制备的纳米Ti02胶体进行混合，经处理后将纳米Ti02负载到CNTs表面，制备负载型cgrs／纳米Ti02薄膜电极。通过XRD对其微观结构进行表征，对组装后的DSSC进行光电性能测试，研究不同质量分数CNTs为载体对DSSC性能的影响。XRD表征可知：随着CNT$质量分数的增加，纳米面02生长受到抑制粒径变小．，增大了薄膜的比表面积，且由于CNT$具有明显的管道结构，有利于抑制电子．空穴复合，减少了电子传输过程中的损耗。但随着质量分数的增加，薄膜表面颜色逐渐变暗，增大了

5、CNTs与染料分子对光吸收的竞争，一定程度上降低了DSSC的光电转换效率。通过I-V测试曲线证明，质量分数为O．1％的CNTs负载纳米Ti02制备的DSSC光电性能最优，短路电流、开路电压可达到1．69mA／cm2和0．54V，光电转换效率为0．52％，比后两种DSSC分别提高了30％和85％。万方数据摘要(3)用商用P25为载体，与溶胶．凝胶法制备的纳米T102胶体进行混合，经处理后将纳米Ti02负载到P25颗粒表面。制备P25负载型纳米Ti02薄膜电极，通过XRD对其微观结构进行表征，对组装后的DSSC进行光电性能测试。表征显示：P25的

6、加入有利于增强纳米Ti02颗粒之间的结合力，增大了薄膜的比表面积；同时粒径稍大的P25可以改善薄膜的致密程度，有利于光的透射和散射作用，提高了电池阳极对光的利用率。通过对上述三种不同载体制备的DSSC光伏特性曲线拟合后发现，三种载体负载纳米Ti02后制备的DSSC开路电压大体相同均在0,55V左右，但短路电流发生了明显的变化，其中以P25为载体制各的DSSC短路电流最大，电流可达到2．03mA／cm2、光电转换效率为0．62％，与ZnO纳米棒、碳纳米管为载体制备的DSSC相比效率分别提高了35％和19％。关键词染料敏化太阳能电池；纳米Ti02

7、；负载；光电性能万方数据AbstractGrowingproblemofenergyshortageandenvironmentalpolutionforcedpeopletodevelopandultilizerenewableenergy．Asacleanrenewableenergy,solarenergyhasbecometheresearchhotspotinthisfield．Afteryearsofefforts，SOfarsolarcellshasdevelopedtothemirdgeneration，dye-sensiti

8、zedsolarcells，whichisthepowerfulcompetitortosilicon-basedsolarcellsbecauseitsadvan