基于二氧化钛纳米结构的敏化型太阳能电池的研究

发布时间：2020-02-03 23:17

【摘要】：染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cell, DSSC)工艺简单、成本低廉且性能稳定,因而在新能源领域有着较大的研究和应用价值。由DSSC发展而来的钙钛矿电池(Perovskite Solar Cell, PSC)以其突飞猛进的效率引起了新能源领域广泛的关注,经过几年发展,PSC的效率已经突破20%。二氧化钛(Ti02)是光伏领域中应用最多的无机半导体材料,其形貌与性能对器件效率有着重要的影响。本文以两种光伏器件的工艺和性能优化为导向,以无机氧化物材料的制备和应用为基础,研究了材料与器件性能的关系。合成了尺寸可控的Ti02微球,利用微球的尺寸效应以及其纳米聚集体结构改善DSSC的光学和电学性能,将DSSC的效率由6.81%提高至8.20%；并进一步利用镁离子辅助四氯化钛(TiCl4)处理双层光阳极,优化光阳极的染料吸附量和电子传输性能,使得基于双层光阳极的DSSC效率优化至9.12%。基于金属钛与碱性溶液的化学反应原理,采用水热反应合成网络状纳米多孔结构,研究水热条件和纳米结构形貌的关系,可控的合成了多种三维网络状纳米多孔结构,并将其中的一种纳米结构应用到纤维状染料敏化电池(FDSSC)中,作为钛丝基底和Ti02纳米颗粒多孔层的界面,一方面改善颗粒膜的沉积,另一方面改善FDSSC的电子传输性能,将纤维状器件的效率由2.56%优化至4.64%；进一步的,将水热法与溅射法结合,在FTO导电基底表面合成由一维纳米线交织组成的Ti02网络状纳米多孔结构,采用一步烧结制备介孔PSC的致密多孔层,相对于传统的纳米颗粒多孔结构,三维网络状纳米多孔结构更有利于钙钛矿的沉积和载流子的传输,使得介孔PSC的性能由9.59%提升到12.78%。将常温磁控溅射法制备的高阻Sn02薄膜应用在平面PSC中,克服了传统平面PSC中TiO2致密层所需的高温退火的弊端,并利用Sn02材料高透射性、高迁移率等优势,通过工艺调节将平面PSC的效率优化至13.68%,常温下制备了空穴阻挡层,实现了PSC的低温制备。
【图文】：

工艺简单、易大面积化、在弱光或漫射光下依然具有较好的性能、可与建筑中的逡逑材料相兼容等。基于这些优势，ＤＳＳＣ—直得到广泛的关注和研巧Ｐ－７］。逡逑１９９１年，ＤＳＳＣ第一次被报道出来便获得了邋７．１２％的效率Ｗ，如图１－１所示，逡逑ＤＳＳＣ是由光阳极、染料、电解质和对电极几个部分组成Ｗ。其中，光阳极一般逡逑由二氧化铁ｃｎ0２）纳米颗粒多孔薄膜沉积在ＦＴＯ导电基底上面形成，，对电极一般逡逑是沉积在导电玻璃上的轴伴ｔ）电极。图１－２为ＤＳＳＣ的基本原理和能级结构示意逡逑图，图中的电势参照的是标准甘隶电极Ｗ。ＤＳＳＣ的染料是吸附在多孔氧化物表逡逑面，染料吸收光子并被光致激发后，染料分子会由基态巧）跃迁至激发志（Ｓ‘），激逡逑发出的电子便会注入到氧化物的导带，ＤＳＳＣ的电解质包含氧化还原对（１７１３—），逡逑激发态的染料分子接受电解质中的电子再次回到基态，这个染料再生的过程避免逡逑了导入氧化物导带的电子再次被氧化的染料分子捕获，这样导入氧化物的电子便逡逑可Ｗ通过导电基底及外电路传递到对电极

工艺简单、易大面积化、在弱光或漫射光下依然具有较好的性能、可与建筑中的逡逑材料相兼容等。基于这些优势，ＤＳＳＣ—直得到广泛的关注和研巧Ｐ－７］。逡逑１９９１年，ＤＳＳＣ第一次被报道出来便获得了邋７．１２％的效率Ｗ，如图１－１所示，逡逑ＤＳＳＣ是由光阳极、染料、电解质和对电极几个部分组成Ｗ。其中，光阳极一般逡逑由二氧化铁ｃｎ0２）纳米颗粒多孔薄膜沉积在ＦＴＯ导电基底上面形成，对电极一般逡逑是沉积在导电玻璃上的轴伴ｔ）电极。图１－２为ＤＳＳＣ的基本原理和能级结构示意逡逑图，图中的电势参照的是标准甘隶电极Ｗ。ＤＳＳＣ的染料是吸附在多孔氧化物表逡逑面，染料吸收光子并被光致激发后，染料分子会由基态巧）跃迁至激发志（Ｓ‘），激逡逑发出的电子便会注入到氧化物的导带，ＤＳＳＣ的电解质包含氧化还原对（１７１３—），逡逑激发态的染料分子接受电解质中的电子再次回到基态，这个染料再生的过程避免逡逑了导入氧化物导带的电子再次被氧化的染料分子捕获，这样导入氧化物的电子便逡逑可Ｗ通过导电基底及外电路传递到对电极
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.11;TM914.4

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本文编号：2576152