【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)是一種清潔、理論光電轉(zhuǎn)換效率較高、制備簡(jiǎn)易的太陽(yáng)能電池,具有潛在的應(yīng)用前景,近年來(lái)受到大量研究者們的關(guān)注。光陽(yáng)極作為DSSC的重要組成部分,起到染料支撐和電子傳輸?shù)淖饔?很大程度上影響了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)光陽(yáng)極通常是由納米TiO_2組成,粒徑小,表面復(fù)合嚴(yán)重,電子傳輸效率較差。為提高器件性能、促進(jìn)染料敏化太陽(yáng)能電池的商業(yè)化,需要進(jìn)一步對(duì)光陽(yáng)極進(jìn)行形貌、界面進(jìn)行調(diào)控。本文基于電泳沉積法制備TiO_2光陽(yáng)極,對(duì)光陽(yáng)極進(jìn)行形貌調(diào)控、界面修飾、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以提升DSSC器件的性能,并研究了其性能提高的機(jī)理。具體研究工作如下:(1)通過(guò)對(duì)FTO基底和TiO_2多孔薄膜的表面處理,降低光生載流子的復(fù)合,提升光陽(yáng)極的電荷收集效率和電荷傳輸性能。以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體溶液,用旋涂-煅燒的方法在FTO基底上制備一層TiO_2致密層,再使用電泳沉積法在修飾的FTO基底上沉積TiO_2介孔層薄膜,最后在TiO_2薄膜表面滴加二羥基雙(乳酸銨)鈦溶液并煅燒,從而完成TiO_2光陽(yáng)極的制備。結(jié)果表明:TiO_2致密層能夠減少TiO_2光陽(yáng)極表面的裂紋,并隔絕FTO和電解液的接觸,減少逆反應(yīng);TiO_2薄膜的表面處理可以進(jìn)一步減少薄膜表面的裂縫,增強(qiáng)TiO_2顆粒的聯(lián)接,降低薄膜內(nèi)部的電荷復(fù)合,提升光陽(yáng)極的電荷傳輸效率。電池最終的光電轉(zhuǎn)換效率從6.46%提高到8.47%。(2)施加電壓大小對(duì)電泳沉積TiO_2光陽(yáng)極和器件性能影響的研究。電壓越大,TiO_2納米粒子的沉積速率越快,薄膜的厚度越厚,從而吸附更多的染料。但是高電壓條件下制備的薄膜會(huì)出現(xiàn)裂紋,薄膜表面不平整,電荷傳輸性能較差。為了制備高效率的光陽(yáng)極,我們采用了一種低電壓-高電壓沉積的方法,最終制備出厚度足夠、形貌良好的TiO_2薄膜,在未做表面處理的情況下,器件的光電轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到7.77%。(3)TiO_2/石墨烯復(fù)合型光陽(yáng)極的低溫制備及其器件性能研究。我們采用電泳沉積法沉積TiO_2/石墨烯復(fù)合薄膜,通過(guò)低溫壓片處理制備出TiO_2/石墨烯復(fù)合型光陽(yáng)極,并應(yīng)用到DSSC器件中。結(jié)果表明低溫壓片處理能夠改善薄膜形貌,促進(jìn)TiO_2顆粒間的聯(lián)接,石墨烯的引入可以進(jìn)一步提高電極的電荷傳輸性能,從而提高DSSC器件的光電轉(zhuǎn)換效率。
【圖文】：

圖 1.1 DSSC 的基本結(jié)構(gòu)及電荷傳遞過(guò)程示意圖導(dǎo)電基底：一般是透明的半導(dǎo)體氧化物覆蓋在玻璃上，，具備高的SSC 器件中起到傳輸電子的作用。市面上使用較多的主要有摻雜摻雜銦的氧化錫玻璃（ITO）兩種，ITO 具有更低的電阻率，所以具有更薄的膜厚，被廣泛應(yīng)用到光電領(lǐng)域。ITO 的缺點(diǎn)是在高溫增大，影響載流子的傳輸，而 FTO 的電學(xué)性質(zhì)在 600℃以下依然效率不會(huì)受到影響，所以在使用需要高溫煅燒的材料時(shí)，一般會(huì)陽(yáng)極：通常是帶隙較寬的半導(dǎo)體氧化物，具備電荷提取與傳輸?shù)墓ιd流子等任務(wù)，其性質(zhì)將直接影響電池的光吸收、電荷傳遞、觸等關(guān)鍵過(guò)程[18-21]，在 DSSC 器件的光電轉(zhuǎn)換過(guò)程中發(fā)揮著重要能和降低成本具有很高的研究?jī)r(jià)值。光陽(yáng)極一般具備兩個(gè)主要特染料分子中高效提取電子；2）較大的比表面積以吸附大量的染料

學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士研究生學(xué)位論文 第二章 DSSC 器件的制備與在基片上形成更均勻的薄膜，在實(shí)驗(yàn)之前需要對(duì)基片進(jìn)行預(yù)處理來(lái)提高 F較高的功函數(shù)可以減少空穴的注入勢(shì)壘[85]，使 FTO 表面能夠形成均勻的薄理設(shè)備如圖 2.1 所示，基片操作步驟為：1、打開(kāi)真空計(jì)，將 FTO 基片正面，旋緊真空腔的閥門，使用真空泵抽氣；2、抽氣大約 3 min 左右，真空計(jì) 10 Pa 后，打開(kāi)真空泵的氧氣閥門通入氧氣，此時(shí)真空泵仍然處于開(kāi)啟狀 min 后，關(guān)閉真空計(jì)，打開(kāi)氧等離子體開(kāi)關(guān)處理 45 s，此時(shí)真空泵內(nèi)顏色由于氧等離子體正在與 FTO 表面發(fā)生作用；4、關(guān)閉氧等離子體開(kāi)關(guān)，關(guān)真空計(jì)，待真空腔內(nèi)壓強(qiáng)小于 10 Pa 后（此前并未關(guān)閉真空泵是因?yàn)檎婵粘粞鯕怏w，需要抽離掉），關(guān)閉真空泵，打開(kāi)氮?dú)忾y門向真空腔內(nèi)通入氮壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)持平時(shí)即可打開(kāi)閥門取出 FTO 基片使用。本論文實(shí)驗(yàn)中對(duì)電極時(shí)使都需使用氧等離子體處理 FTO 基片。注意，處理過(guò)后的 FTOn 內(nèi)使用。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM914.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 潘孟美;;染料敏化太陽(yáng)能電池?fù)诫s光陽(yáng)極的研究進(jìn)展[J];海南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2018年01期

2 袁耀;王愛(ài)軍;覃方麗;張鴻羽;;TiO_2反蛋白石結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極結(jié)構(gòu)改性及光電性能研究[J];廣州化工;2017年02期

3 薛玫;張改清;高淑娟;崔曉瑞;;染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的研究進(jìn)展[J];廣州化工;2014年02期

4 文世杰;高清華;孫璧Z

本文編號(hào)：2711423