【摘要】：染料敏化太陽能電池(Dye Sensitized Solar Cell, DSSC)工藝簡單、成本低廉且性能穩(wěn)定,因而在新能源領(lǐng)域有著較大的研究和應(yīng)用價值。由DSSC發(fā)展而來的鈣鈦礦電池(Perovskite Solar Cell, PSC)以其突飛猛進(jìn)的效率引起了新能源領(lǐng)域廣泛的關(guān)注,經(jīng)過幾年發(fā)展,PSC的效率已經(jīng)突破20%。二氧化鈦(Ti02)是光伏領(lǐng)域中應(yīng)用最多的無機(jī)半導(dǎo)體材料,其形貌與性能對器件效率有著重要的影響。本文以兩種光伏器件的工藝和性能優(yōu)化為導(dǎo)向,以無機(jī)氧化物材料的制備和應(yīng)用為基礎(chǔ),研究了材料與器件性能的關(guān)系。合成了尺寸可控的Ti02微球,利用微球的尺寸效應(yīng)以及其納米聚集體結(jié)構(gòu)改善DSSC的光學(xué)和電學(xué)性能,將DSSC的效率由6.81%提高至8.20%；并進(jìn)一步利用鎂離子輔助四氯化鈦(TiCl4)處理雙層光陽極,優(yōu)化光陽極的染料吸附量和電子傳輸性能,使得基于雙層光陽極的DSSC效率優(yōu)化至9.12%�；诮饘兮伵c堿性溶液的化學(xué)反應(yīng)原理,采用水熱反應(yīng)合成網(wǎng)絡(luò)狀納米多孔結(jié)構(gòu),研究水熱條件和納米結(jié)構(gòu)形貌的關(guān)系,可控的合成了多種三維網(wǎng)絡(luò)狀納米多孔結(jié)構(gòu),并將其中的一種納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用到纖維狀染料敏化電池(FDSSC)中,作為鈦絲基底和Ti02納米顆粒多孔層的界面,一方面改善顆粒膜的沉積,另一方面改善FDSSC的電子傳輸性能,將纖維狀器件的效率由2.56%優(yōu)化至4.64%；進(jìn)一步的,將水熱法與濺射法結(jié)合,在FTO導(dǎo)電基底表面合成由一維納米線交織組成的Ti02網(wǎng)絡(luò)狀納米多孔結(jié)構(gòu),采用一步燒結(jié)制備介孔PSC的致密多孔層,相對于傳統(tǒng)的納米顆粒多孔結(jié)構(gòu),三維網(wǎng)絡(luò)狀納米多孔結(jié)構(gòu)更有利于鈣鈦礦的沉積和載流子的傳輸,使得介孔PSC的性能由9.59%提升到12.78%。將常溫磁控濺射法制備的高阻Sn02薄膜應(yīng)用在平面PSC中,克服了傳統(tǒng)平面PSC中TiO2致密層所需的高溫退火的弊端,并利用Sn02材料高透射性、高遷移率等優(yōu)勢,通過工藝調(diào)節(jié)將平面PSC的效率優(yōu)化至13.68%,常溫下制備了空穴阻擋層,實現(xiàn)了PSC的低溫制備。
【圖文】：

工藝簡單、易大面積化、在弱光或漫射光下依然具有較好的性能、可與建筑中的逡逑材料相兼容等�；谶@些優(yōu)勢，ＤＳＳＣ—直得到廣泛的關(guān)注和研巧Ｐ－７］。逡逑１９９１年，ＤＳＳＣ第一次被報道出來便獲得了邋７．１２％的效率Ｗ，如圖１－１所示，逡逑ＤＳＳＣ是由光陽極、染料、電解質(zhì)和對電極幾個部分組成Ｗ。其中，光陽極一般逡逑由二氧化鐵ｃｎ0２）納米顆粒多孔薄膜沉積在ＦＴＯ導(dǎo)電基底上面形成，，對電極一般逡逑是沉積在導(dǎo)電玻璃上的軸伴ｔ）電極。圖１－２為ＤＳＳＣ的基本原理和能級結(jié)構(gòu)示意逡逑圖，圖中的電勢參照的是標(biāo)準(zhǔn)甘隸電極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發(fā)后，染料分子會由基態(tài)巧）躍遷至激發(fā)志（Ｓ‘），激逡逑發(fā)出的電子便會注入到氧化物的導(dǎo)帶，ＤＳＳＣ的電解質(zhì)包含氧化還原對（１７１３—），逡逑激發(fā)態(tài)的染料分子接受電解質(zhì)中的電子再次回到基態(tài)，這個染料再生的過程避免逡逑了導(dǎo)入氧化物導(dǎo)帶的電子再次被氧化的染料分子捕獲，這樣導(dǎo)入氧化物的電子便逡逑可Ｗ通過導(dǎo)電基底及外電路傳遞到對電極

工藝簡單、易大面積化、在弱光或漫射光下依然具有較好的性能、可與建筑中的逡逑材料相兼容等�；谶@些優(yōu)勢，ＤＳＳＣ—直得到廣泛的關(guān)注和研巧Ｐ－７］。逡逑１９９１年，ＤＳＳＣ第一次被報道出來便獲得了邋７．１２％的效率Ｗ，如圖１－１所示，逡逑ＤＳＳＣ是由光陽極、染料、電解質(zhì)和對電極幾個部分組成Ｗ。其中，光陽極一般逡逑由二氧化鐵ｃｎ0２）納米顆粒多孔薄膜沉積在ＦＴＯ導(dǎo)電基底上面形成，對電極一般逡逑是沉積在導(dǎo)電玻璃上的軸伴ｔ）電極。圖１－２為ＤＳＳＣ的基本原理和能級結(jié)構(gòu)示意逡逑圖，圖中的電勢參照的是標(biāo)準(zhǔn)甘隸電極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發(fā)后，染料分子會由基態(tài)巧）躍遷至激發(fā)志（Ｓ‘），激逡逑發(fā)出的電子便會注入到氧化物的導(dǎo)帶，ＤＳＳＣ的電解質(zhì)包含氧化還原對（１７１３—），逡逑激發(fā)態(tài)的染料分子接受電解質(zhì)中的電子再次回到基態(tài)，這個染料再生的過程避免逡逑了導(dǎo)入氧化物導(dǎo)帶的電子再次被氧化的染料分子捕獲，這樣導(dǎo)入氧化物的電子便逡逑可Ｗ通過導(dǎo)電基底及外電路傳遞到對電極
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ134.11;TM914.4

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本文編號：2576152