染料敏化摻雜納米晶TiO-,2-（準）固態(tài)太陽能電池的研究.pdf

1、隨著化石能源的同益枯竭以及由其使用產生的環(huán)境污染和溫室效應,使人類對能源尤其是清潔新能源的開發(fā)利用有了迫切需求。在風能、水能、潮汐和太陽能這些可再生清潔能源的利用中,直接將太陽能轉化為電能的太陽能電池的開發(fā),為人們解決目前能源危機提供了一條重要途徑。目前已經商業(yè)化的硅太陽能電池,由于其生產成本昂貴,限制了它的普及和廣泛應用。而最近十幾年來出現的染料敏化太陽能電池(dye-sensitizedsolar cells,DSSC)由于其具有廉

2、價和高效的優(yōu)點,迅速成為研究的熱點。本文在大量文獻調研的基礎上,重點研究了納米晶TiO2的改性、凝膠和固體電解質的制備及其電荷傳輸性能,主要工作如下： 1.采用粉末涂敷法在氧化銦錫導電玻璃(ITO)襯底表面制備了未摻雜和金屬離子[Fe(Ⅲ),Zn(Ⅱ),Pb(Ⅱ),Cd(Ⅱ),Bi(Ⅲ)和Co(Ⅱ)]摻雜的納米晶TiO2薄膜。經金屬離子摻雜的納米晶TiO2主要為規(guī)整的、直徑大約25 nm左右的銳鈦礦型結構,其禁帶寬度因摻雜而變窄

3、。在本文研究的摻雜離子中,CO2+和Fe3+的摻雜使DSSC的光電性能下降；而pb2+、Bi3+、Cd2+和Zn2+的摻雜則會大大提高DSSC的光電響應性能。進一步的研究表明DSSC的光電響應性能同摻雜元素的電負性與離子半徑的比值有一定的順應關系,該比值越大,DSSC的光電性能越低。 2.制備了不同單體比例的聚丙烯腈-丙烯酸-丙烯酸丁酯共聚物,采用紅外光譜和熱分析儀分別對其結構和熱穩(wěn)定性進行了研究,探討了利用聚丙烯腈-丙烯酸-丙

4、烯酸丁酯復合凝膠電解質制備準固態(tài)DSSC的方法。實驗結果表明：基于聚丙烯腈-丙烯酸-丙烯酸丁酯凝膠電解質的DSSC具有良好的光電轉換性能,在100 mW·cm-2的模擬光照下,光電轉換效率和填充因子分別為2.3％和0.61。 3.利用二官能度的硅烷單體采用Wurtz共聚法制備了四種具有不同取代側基的聚硅烷化合物,采用X-射線衍射和透射電鏡對其聚集態(tài)進行了分析。經LiI/I2摻雜的聚硅烷固體復合電解質,其導電率顯著增加,以之制備的

5、全固態(tài)DSSC,其光電轉換效率最高可達1.37％,有望解決DSSC的封裝及穩(wěn)定性問題。 4.采用電聚合方法制備了聚鄰苯二胺/碳納米管復合膜,并以之作為電荷傳輸材料組裝了全固態(tài)DSSC。復合膜的電化學行為表明其膜內電子交換效率明顯高于純聚鄰苯二胺膜。在碳納米管濃度為0.1g/L時,聚合得到的聚鄰苯二胺/碳納米管復合膜組裝的DSSC光電響應性能最好,其開路光電壓和短路光電流分別為479 mV和0.629 mA·cm-2,總光電轉換效