染料敏化太陽能電池TiO2光陽極的改性研究.pdf

1、目前人類所面臨著化石能源枯竭的危機，而解決這一危機最好的方法就是利用太陽能。但是光轉化率和使用穩定性都與傳統的硅晶半導體太陽能電池存在差距。染料敏化太能電池效率不高的原因，主要有兩個方面。第一所利用光敏染料不能實現對太陽光全光譜的吸收。如常用的N719主要吸收范圍在400-600nm的可見光段。第二則是因為電解液中氧化態的離子與光生電子的復合導致光生電子在電池傳輸過程中被過渡損耗。為了制備性能更為優異的染料敏化太陽能電池，本文從兩方面進

2、行探索。一方面選擇合適的光轉換材料來拓寬N719的吸收光譜范圍;另一方面是通過不同形貌TiO2膜層的組合，以抑制電池內部的電荷復合。
　　1.在1100℃，燒結6小時得到ZnO∶Ga3+下轉換發光材料。該下轉換發光材料在385nm的近紫外光激發下，具有450-600nm的寬峰發射，其主峰值在525nm。寬峰發射來源于一是Ga3+作為淺施主能級與ZnO中Oi的復合躍遷，二是氧空位俘獲光生電子后與價帶空穴復合。發光強度隨著Ga3+摻雜

3、量的增加先升高后降低，當摻雜濃度為12mol％時，發光強度最強。將5wt％的ZnO∶Ga3+改性TiO2光陽極后電池的短路電流密度達到了11.38mA·cm-2，對比未摻雜的樣品提升了14.2％，光電轉換效率由4.24％提升到了4.91％，提高了15.8％。
　　2.通過高溫固相法在950℃的還原氣氛下保溫10h制備了(Ca0.53Sr0.37Eu0.1)7(SiO3)6Cl2(Cl_MS∶Eu2+)下轉換發光材料。用360nm和

4、465nm的激發光照射樣品時，發生Eu2+的490nm(5d→4f)綠光發射，同時還出現Eu3+的610nm(5D0→7F2)和650nm（5D0→7F3）紅光發射。用Ba和Mg分別對基質中的Ca進行替換，發光材料中的黃光發射得到了增強，紅光發射被減弱。改性后的發光材料的發射光譜與N719染料的吸收范圍更為匹配。將1wt％的Cl_MS∶Eu2+摻雜改性TiO2光陽極后，電池的短路電流密度由8.989mA·cm-2提升到10.30mA·c

5、m-2，提高了14.6％，光電轉換效率由4.30％提升到了4.88％，提高了13.5％。
　　3.通過TiCl4的水解制備致密的TiO2阻擋層，同時通過二次刮涂技術獲得大顆粒TiO2散射層，將致密層和散射層同時引入TiO2光陽極中，以此優化TiO2光陽極的膜層結構。當TiCl4溶液濃度為0.05M，保溫時間為30min時，TiO2散射層的厚度為10mm左右，電池短路電流密度從14.159mA·cm-2增大到17.044mA·cm-