染料敏化太阳电池中缓冲层的研究进展

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1、第２３卷第３期陕西国防工业职业技术学院学报Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．３２０１３年９月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａａｎｘｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｅｐ．２０１３染料敏化太阳电池中缓冲层的研究进展党威武（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安７１０３００）摘要：染料敏化太阳电池（ＤＳＣ）作为一种新型光电化学太阳能电池，由于其制作成本低廉、工艺简单，环境友好及性能稳定而备受科学家的青睐。然而，如何提高ＤＳＣ的光电性能成为研究的热点问题，本文就该问题在近些年来的研究进展状况做一总结和评述，并指出存在问题和研究展望。关键词：染料敏化太阳电池（ＤＳＣ）；缓冲层；ＴｉＯ

2、２中图分类号：ＴＭ９１４．４文献标识码：Ａ文章编号：９４００７－（２０１３）０３－００３７－０３光电转化效率。然而，从入射光方向及电荷主要发１引言生复合的位置考虑，在透明导电氧化物基底和纳米太阳能作为绿色能源，是一种及时方便和清洁晶薄膜之间设计一层缓冲层是更有助于解决上述问安全的可再生能源，在获取及应用方面，不受地域、题的。本文就在ＤＳＣ中介入缓冲层的进展做一综时间限制。因此，从人类社会发展的长远来看，太阳述。能已成为最有发展潜力和希望的能源之一。自２缓冲层在ＤＳＣ中的应用研究进展１９９１年Ｇｒｔｚｅｌ研究小组提出染料敏化太阳电池［１，２］（Ｄｙｅ－ｓｅｎｓｉ

3、ｔｉｚｅｄＳｏｌａｒＣｅｌｌ，ＤＳＣ）以来，备受世在透明导电氧化物基底和纳米晶薄膜之间介入界各国研究者的青睐，引发了ＤＳＣ领域研究者的极缓冲层，不仅有利于提高纳米晶薄膜底部粗糙度，从大兴趣。其组成结构主要包括光阳极、电解液及铂而增加染料分子吸附量，并且当入射光正对导电玻对电极，其中，光阳极由透明导电氧化物基底、纳米璃方向照射时，能增强对光的散射，提高入射光的吸半导体氧化物（如ＺｎＯ或ＴｉＯ２）及敏化剂组成。在收和利用率。除此之外，该缓冲层的设计能降低载ＤＳＣ的推广应用中，如何提高光电转换效率成为科流子的复合率。研工作者亟待解决的关键问题。张秀坤等人制备出具有双

4、层结构的ＴｉＯ２缓冲主要的解决方案体现在ＤＳＣ光阳极的修饰或层的ＤＳＣ光阳极，其中，上层薄膜的ＴｉＯ２粒径较改进，例如，应用一维纳米线、纳米棒、纳米管等代替大，下层粒径较小，主要作用分别为：上层作为光散［３－７］纳米晶薄膜，能提供直接的电子传输通道，提高射层，以提高入射光的利用率，下层用于提高表面粗［８］［９］电子传输效率。再如，优化光阳极，改进电解液糙度，从而增加染料分子负载量。实验结果显示，双及修饰对电极等。近些年来，大量研究表明，在层膜的使用在一定程度上提高了ＤＳＣ的光电转化ＤＳＣ光阳极的结构中介入高比表面积高粗糙度的效率。层结构，能提高电池中染料分子的

5、吸附量，从而提高Ｈｕ等人制备出包含有三层ＴｉＯ２纳米晶的复合入射光的吸收和利用、增加电子传输速率，并且能降薄膜，分别为小颗粒层、较大颗粒层及大颗粒层，如低主要发生在导电玻璃附近的载流子复合率。从结图１所示，其中，大颗粒层为光散射层，使ＴｉＯ２薄膜果分析来看，该缓冲层的介入，能有效提高ＤＳＣ的对入射光的散射增强，光程变大，进而增强对入射光收稿日期：２０１３－０５－０２作者简介：党威武（１９８５．０４—），男，陕西渭南人，助教，硕士，主要从事染料敏化太阳电池研究。陕西国防工业职业技术学院的吸收和利用。在制作的面积为１５×２０ｃｍ２的薄膜作为缓冲层，如图４所示。测试

6、结构表明，该缓ＤＳＣ中，光电转化效率为６％。并且进一步研究了冲层能抑制载流子复合，进而提高开路电压，然而，各层厚度、孔隙率对电池光电性能的影响。染料分子的负载量开始下降，对电池性能产生一定影响。（ａ）小颗粒致密层，（ｂ）光阳极整体结构，（ｃ）ＴｉＯ２层和导电玻璃交界处图１ＴｉＯ２纳米晶薄膜的ＳＥＭ截面图（ａ）正面和（ｂ）截面ＳＥＭ照片Ｐａｔｒｏｃｉｎｉｏ等人利用溶剂－凝胶法合成多孔图３具有致密ＴｉＯ２缓冲层的ＺｎＯ纳米线阵列的ＴｉＯ２纳米颗粒，并将其旋涂至准备有ＴｉＯ２缓冲层的透明导电氧化物基底上，实验结果表明，ＴｉＯ２缓冲层的介入，使ＤＳＣ的光电转化效率从５

7、．７％提高至７．３％。Ｙｕ等人首分两步法制备ＴｉＯ２光阳极，并将其应用于ＤＳＣ中。首先，采用浸涂技术在透明导电玻（ａ）正面和（ｂ）截面ＳＥＭ照片璃上制备一层密集的ＴｉＯ２缓冲层，其次，将商业图４具有ＺｎＯ缓冲层的ＺｎＯ纳米线阵列的ＴｉＯ２通过丝网印刷技术覆盖于其上，如图２所示，Ｗａｎｇ等人利用低温水热法在具有ＴｉＯ２缓冲为具有ＴｉＯ２密集层的扫描电子显微镜（ＳＥＭ）的截层的导电玻璃上制备ＺｎＯ纳米线，该缓冲层是采用面图及其ＤＳＣ结构示意图。实验结果显示，和传统丝网印刷技术在导电玻璃上制备的一层ＴｉＯ２纳米的ＤＳＣ比起来，介入ＴｉＯ２密集缓冲层的ＤＳＣ光电颗粒薄

8、膜，如图５所示。将其作为光阳极，与没有