染料敏化太能电池光阳极材料tiolt;,2gt;的制备与改性.pdfVIP

摘要 当今社会能源危机和环境污染是摆在人类面前的两大难题，而开发新型能源是实现 人类社会可持续发展的基础。其中太阳能光伏发电作为一种可持续的能源替代方式，于 近年得到迅速发展。以染料敏化的Ti02纳米晶多孔薄膜为光阳极组装的染料敏化太阳能 电池(简称DSC)，具有价廉、制备工艺简单、性能稳定等优点，可与非晶硅太阳能电 池相媲美，目前，其光电转换效率已达到11．91％，是一种非常有前途的太阳能装置。 DSC主要是由染料敏化纳米多孔Ti02光阳极膜、电解质和背电极三部分组成。光阳 极膜材料的组成、晶型和晶形、颗粒大小、比表面积和阳极膜结构(孔径、孔隙率、粗 糙因子)等参数对于提高DSC电池的电性能具有决定作用。合成高电性能的纳米二氧化 钛是制作具有良好微结构光阳极的基础。而锐钛矿型的纳米Ti02又显示出比金红石和板 钛矿型更高的光电活性，因而也成为研究和应用的重点。传统制备过程中，广泛采用溶胶 一凝胶法和水热合成法来制各Ti02粉体或者薄膜。但是，这两种方法由于其使用原料价 格较贵、设备要求高、反应周期长等缺点，很不适宜商业化生产。 Ti02薄膜中存在着大量的表面态，这些表面态构成陷阱，束缚了电子在薄膜中的运 动，使得电子在薄膜中的传输时间增大，导致暗电流增加，从而降低了DSC总的转换 效率。因此尝试用一些方法和手段对Ti02光阳极薄膜进行修饰改性，如致密层和扩散 层的制备、掺杂、表面复合等，通过改善光阳极膜的微结构及Ti02的导带带边电位和 膜内表面态，抑制光生电子的复合，减小暗电流，提高DSC的电性能。 综合以上分析，确定本论文的研究内容如下： (1)根据材料便宜易得、设备工艺简单、无毒等原则，以四氯化钛为钛源，采用均 相沉淀法，在适宜条件下，制备出粒径尺寸分布较窄、纯度高、晶型单一的锐钛矿型棒 状二氧化钛纳米粉体，并研究了酸度对纳米二氧化钛的影响。结果表明，酸度在制备过 程中，能改变其粒径的大小，但不影响晶型；用透射电镜、x射线衍射仪、差热分析仪、 比表面积分析仪和紫外可见光谱仪等手段，对所制备的纳米粉体进行了表征。同时，用 自制纳米Ti02粉体和商业P25粉体，在同等条件下制备光阳极膜，用场发射扫描电镜对 膜的形貌进行了比较分析，用紫外可见分光光度计测试了它们的染料吸附量，并组装成 DSC，用CHl660B对其进行了阻抗和暗电流分析，利用恒电位．电流仪进行I—V曲线测试， 同等条件下相比，自制Ti02纳米粉体和商用P25粉组装的电池，前者的短路电流、开路 电压、电流密度、填充因子、总的光电转换效率分别提高了：0．396mA、36mV、1．584 mA．cm-2、16．72％、1．98％。 (2)用钛酸四丁酯为钛源，用聚乙二醇20000为。侧乳化剂，利用微乳液法，制备出 锐钛矿型纳米二氧化钛，对所制纳米Ti02进行了各种表征测试，并与均相沉淀法制得的 Ti02纳米棒粉体的电性能进行了比较。 ． (3)为了进一步提升均相沉淀法制备的Ti02纳米粉体在DSC中的电性能，对其进行 了修饰改性的研究。主要分两为大类：①包覆改性，在Ti02制备的过程中，采用化学 沉积法，a．使少量的ZnO复合在Ti02纳米颗粒表面；b．使Ti02包覆微量的纳米银； M06+。 关键词：染料敏化太阳能电池(DSC)，光阳极，均相沉淀法，微乳液法，修饰改性 II ABSTRACT In and isthetwo beforethehuman crisisenvironment today’ssociety,enagy pollution problems beings．And ofnew isthebasistorealizethesustainable ofhuman developmentenergy development inrecent asa society．Amongthem，s