基于TiO2的染料敏化太阳能电池研究-微电子学与固体电子学专业论文.docxVIP

摘 要 基于 TiO2 的染料敏化太阳能电池，因其制作简单、成本低廉和高的理论转化效 率而引起研究人员的广泛关注。本论文采用溶胶凝胶法和水热法制备 TiO2 薄膜来制 备染料敏化电池，利用差热分析、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X 射线衍 射(XRD)以及光电转化测量等手段，研究了制备条件对电池光电性能的影响。 分析采用溶胶凝胶法制备的 TiO2 纳米粉末，发现未进行热处理时粉末为无定形 态， 300℃热处理后粉末为锐钛矿晶型 ，600℃热处理后粉末开始出现部分金红石 型。粉末的平均晶粒大小随热处理温度的升高而增大，平均晶粒大小由 300℃的 17.58nm 增大到 800℃的 49.55nm；利用溶胶凝胶法制备的纳米 TiO2 粉末，然后制备 了薄膜经 450℃热处理 30min 后组装的染料敏化电池，利用 I-V 测试系统测量得知， 得到最大的开路电压和短路电流，分别为 0.53V，5.11mA/cm2。研究了水热法获得的 TiO2 纳米粉末为原料制成的太阳能电池，发现增大 Ti4+浓度对电池的转化效率有微 量的增大效应；随 TiO2 薄膜厚度的增加电池的光电转化效率提高，在达到一定数值 后继续增加厚度时转化效率会降低，在薄膜厚度为 9.3μm 的时候光电效率达到最大 为 4.09%；利用氢氧化钠溶液水热处理获得的 TiO2 粉末来制备的薄膜电池，制备的 电池的光电转化效率有一定的提高，达 4.16%。 结果表明，制备 TiO2 过程中可以通过增大钛源浓度、强碱处理来优化了 TiO2 晶体结构或表面形貌，从而改善染料敏化太阳能电池的光电性能。另外，还可以通 过控制薄膜的厚度来提高电池的转化效率。 关键词：染料敏化太阳能电池；TiO2 纳米晶；锐钛矿；水热法 ABSTRACT The dye-sensitized solar cell (DSSC) based on TiO2 have been attracted much attention because of easily fabrication, low cost, and high theoretical conversion efficiency. In this thesis, TiO2 nanoparicle films was synthesized by using sol-gel and hydrothermal methods, and the reactive conditions depended photoelectronic properties of the DSSC were investigated by adopted differential thermal analysis, scanning electron microscopy, atomic force microscope, X-ray diffraction and photoelectric detection, include: TiO2 powder was synthesized by using sol-gel method, then it was deposited on ITO glass to form films, after that the films was annealed at certain temperatures and the crystal structure and photoelectric properties (of the DSSC) were investigated. It is found that the as-deposited film was amorphous and transformed to anatase structure at 300℃. And from anatase to rutile at 600℃. The average crystalline size was 17.58 nm at 300℃, and increased to 49.55 nm at 800℃. The DSSC made by anatase TiO2 had the best photoelectric performance, with the open voltage 0.53 V, and short-circuit 5.11 mA/cm2, investigated by a self-constructed I-V measurement system. TiO2 powder was synthesized by using hydrathermal method, and th