酞菁敏化納米二氧化鈦電極制備及光電性能研究.pdf

1、染料敏化納米晶太陽能電池(DSSC)被認為是傳統硅太陽能電池最有可能的替代者，瑞士洛桑高等工業學院M Graitzel教授以聯吡啶類敏化劑獲得了10﹪的效率。DSSC是一種新型的光電能量轉換器件，制造工藝簡單、性能穩定、重量輕、成本低、適用范圍廣而具有良好的發展前景。本文重點研究了自組裝法與電化學沉積法兩種酞菁類化合物敏化納米TiO<,2>電極的制備方法以及電極光電性能特性，為進一步深入研究打下基礎。 1．以陽極氧化水解法制備致

2、密的TiO<,2>結合層，0.5h沉積的TiO<,2>薄膜的SEM圖顯示TiO<,2>粒子結合緊密，平均粒徑約20nm，紫外透光率測試表明透光率達到90﹪以上，符合實驗要求。以醇鹽水解法制得的溶膠為漿料，用絲網印刷法制備了一定厚度的納米TiO<,2>多孔電極，SEM顯示TiO<,2>電極表面粗糙，呈多孔結構，比表面積較大，平均粒徑約30rim，適用于制備DSSC的光電極。研究了致密的TiO<,2>結合層對敏化電極光電性能的作用，致密的T

3、iO<,2>層明顯提高電極的光電性能。 2．以白組裝方式制備了MPc(COOH)4(M=Co，Ni，Cu，Zn)敏化納米TiO<,2>電極。在DMF與DMSO兩種溶劑中進行了自組裝實驗，得到的I-V曲線趨勢一致，光電性能以DMF中自組裝敏化電極為好。MPc(COOH)<,4>中光電性能均以ZnPc(COOH)<,4>為佳，CuPc(COOH)<,4>次之，四羧基取代金屬酞菁敏化電池的光電轉換效率，呈現Co

4、。 3．以自組裝法制備了MPc(NH<,2>)<,4>(M=Co，Ni，Cu，zn)敏化納米TiO<,2>電極。在兩種溶劑中自組裝敏化電極均以CLiPc(NH<,2>)<,4>為佳，ZnPc(NH<,2>)<,4>為差，CoPc(NH<,2>)<,4>的短路電流略高于NiPc(NH<,2>)<,4>，而NiPc(NH<,2>)<,4>的開路電壓略高丁CoPc(NH<,2>)<,4>。在兩種溶劑中自組裝得到的敏化電極性能沒有明顯差

5、別。由丁缺乏-SO<,3>H、-COOH等可以與TiO<,2>納米品表面的-OH發生鍵合作用的基團，只能依靠物理吸咐或者氫鍵等分子間作剛力，染料與TiO<,2>納米晶表面距離遠，光生載流子的遂穿機率小。四氨基取代金屬酞菁敏化電池的光電轉換效率呈．Zn膜厚對電極光電性能的影響，探討了開路電壓，短路電流，填充岡子和光電轉換效率隨膜厚變化的初步規律。 5．研究了MPc(N

6、H<,2>)<,4>(M=Co，Ni，Cu，Zn)在納米TiO<,2>電極表面的循環伏安曲線，分析了染料在納米TiO<,2>電極表面的氧化還原特性，實驗得出CoPc(NH<,2>)<,4>存在兩對中心離子的氧化還原峰分別為CO<'3+>/CO<'2+>、CO<'2+>/CoO<'+>電對，有三對配體的氧化還原峰。NiPc(NH<,2>)<,4>存在兩對中心離子的氧化還原峰，分別為Ni<'3+>與Ni<'2+>/Ni<'+>電對，有兩對配

7、體的氧化還原峰。CuPc(NH<,2>)<,4>存在一對中心離子的氧化還原峰為Cu<'2+>/Cu<'+>電對，有兩對配體的氧化還原峰。ZnPc(NH<,2>)<,4>四對配體的氧化還原峰，沒有中心金屬離子的氧化還原電對。 6．用恒電位沉積法制備了MPc(NH<,2>)<,4>(M=Co，Ni，Cu，Zn)敏化納米TiO<,2>電極。電化學沉積法制備的敏化納米TiO<,2>電極性能明顯高于白組裝法敏化電極，呈zn

8、i規律。電化學沉積NiPc(NH<,2>)<,4>敏化電極的開路電樂從31.8mV升至406.5mV，短路電流從0.010 mA/cm<'2>升至0.220 mA/cm<'2>；CoPc(NH<,2>)<,4>敏化屯極的開路電壓從17.7mV升至191.3mV，短路電流從0.008 mA/cm<'2>升至0.17 mA/cm<'2>;可見對丁NiPc(NH<,2>)<,4>與CoPc(NH<,2>)<,4>利用其中心金屬離子的空軌道，與

9、納米品表面發生層狀堆積而提升光電轉達換效率是可能的，但其中機理有待丁進一步深入研究。 7．以恒屯位沉積法制備了MPc(NH<,2>)<,4>(M=Co，Ni，Cu，zn)敏化納米TiO<,2>電極，電化學沉積MPc(NH<,2>)<,4>敏化納米Ti02電極光電性能明顯高丁白組裝法敏化電極，并早Cu多孔電極表面的．OH發生鍵合之外，還與中心金屬離子與TiO<,2>多孔電極