染料敏化掺杂纳米晶tiolt2gt（准）固态太阳能电池的研究

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1、摘要‘-随着化石能源的同益枯竭以及由其使用产生的环境污染和温室效应，使人类对能源尤其是清洁新能源的开发利用有了迫切需求。在风能、水能、潮汐和太阳能这些可再生清洁能源的利用中，直接将太阳能转化为电能的太阳能电池的开发，为人们解决目前能源危机提供了一条重要途径。目前已经商业化的硅太阳能电池，由于其生产成本昂贵，限制了它的普及和广泛应用。而最近十几年来出现的染料敏化太阳能电池(dye．sensitizedsolarcells，DSSC)由于其具有廉价和高效的优点，迅速成为研究的热点。本文在大量文献调研的基础上，重点研究了纳米晶Ti02的改性、凝胶和固体电解

2、质的制备及其电荷传输性能，主要工作如下：1．采用粉术涂敷法在氧化铟锡导电玻璃(ITO)衬底表面制备了未掺杂和金属离子[Fe(III)，Zn(II)，Pb(II)，Cd(II)，Bi(III)和Co(II)】掺杂的纳米晶Ti02薄膜。经金属离子掺杂的纳米晶Ti02主要为规整的、直径大约25nln左右的锐钛矿型结构，其禁带宽度因掺杂而变窄。在本文研究的掺杂离子中，C02+和Fe3+的掺杂使DSSC的光电性能下降；而pb2+、Bi”、Cd2+和Zn2+的掺杂则会大大提高DSSC的光电响应性能。进一步的研究表明DSSC的光电响应性能同掺杂元素的电负性与离子半

3、径的比值有一定的顺应关系，该比值越大，DSSC的光电性能越低。2．制各了不同单体比例的聚丙烯腈一丙烯酸．丙烯酸丁酯共聚物，采用红外光谱和热分析仪分别对其结构和热稳定性进行了研究，探讨了利用聚丙烯腈．丙烯酸．丙烯酸丁酯复合凝胶电解质制备准固态DSSC的方法。实验结果表明：基于聚丙烯腈．丙烯酸．丙烯酸丁酯凝胶电解质的DSSC具有良好的光电转换性能，在100mw·ca'l-2的模拟光照下，光电转换效率和填充因子分别为2．3％和0．61。3．利用二官能度的硅烷单体采用Wurtz共聚法制备了四种具有不同取代侧基的聚硅烷化合物，采用x．射线衍射和透射电镜对其聚集

4、态进行了分析。经LiI／12掺杂的聚硅烷圆体复合电解质，其导电率显著增加，以之制备的全固态DSSC，其光电转换效率最高可达1．37％，有望解决DSSC的封装及稳定性问题。4．采用电聚合方法制备了聚邻苯二胺／碳纳米管复合膜，并以之作为电荷传输材料组装了全固态DSSC。复合膜的电化学行为表明其膜内电子交换效率明显高于纯聚邻苯二胺膜。在碳纳米管浓度为O．1g／L时，聚合得到的聚邻苯二胺／碳纳米管复合膜组装的DSSC光电响应性能最好，其开路光电压和短路光电流分别为479mV和0．629mA·cn'l～，-i-总光电转换效率为0．145％，优于以纯聚邻苯二胺膜

5、组装的DSSC(‰=487mV，厶=0．273mA·cm～，玎=O．047％)。结果表明碳纳米管的引入可以明显增强DSSC的光电响应性能。由于该固态DSSC的一些工艺条件还有待于进一步优化，特别是对界面接触优化以提高电池性能，将是我们今后工作的重点。关键词：染料敏化太阳能电池；纳米晶Ti02薄膜；金属离子掺杂；凝胶电解质；固体电解质；聚硅烷；聚邻苯二胺／碳纳米管；复合膜一n一AbstractBecauseofagrowingdemandforenergy,combinedwiththedepletionoffossilresources，whichr

6、esultsinglobalwarminganditsassociatedclimatechange，thedevelopmentofcleanenergyforalternativetocurrentpowergenerationmethodsisimmenselyimportantforpreservingtheglobalenvironmentandassuringsustainedeconomicgrowth．Amongalltherenewableenergytechnologies，suchaswindturbines，hydropowe

7、r,waveandtidalpowerandsolarcells，electricitygenerateddirectlyfromsunlight，Canofferacleansolutiontotheenergycrisis．However,currentsilicon—basedsolarcellswhichhavebeencommercializedarehinderedbyhighproductioncosts．Duringrecentyears，therehasbeengrowingattentionandbroadresearchabou

8、tdye-sensitizedsolarcells(DSSC)intheworldduetotheirhig