染料太阳电池光阳极制备及TiCl4后处理机理的研究

摘要

在过去的二十多年里,染料敏化太阳电池(简称为DSSC)以其高的光电转换效率、低廉的成本、简单的制备工艺、安全无毒的特性引起了众多人的研究,并有望替代传统的p-n结太阳电池。纳米结构二氧化钛表面主要吸附染料太阳电池中捕获太阳光的染料分子,并将产生的光电子通过二氧化钛传输到外电路,因此纳米结构二氧化钛性能在很大程度上决定了染料电池的光电转换效率。目前制备的光阳极中纳米二氧化钛分布十分不均匀,用于修饰纳米结构二氧化钛的TiCl4处理作用机理也并不十分清楚。本文从探究水热制备纳米颗粒影响因素出发,然后结合传统制备光阳极工艺分析光阳极中纳米颗粒分布不均的原因,并提出在添加填充剂之前,用聚二乙醇(PEG20000)包覆纳米颗粒的改进方案,最后通过TEM、XRD、XPS测试,分析TiCl4处理作用机理。实验结果表明:1.水热法中保温温度和保温时间对纳米颗粒的形态和晶形有很大的影响。2.填充剂与二氧化钛之间的水溶性差别是光阳极中纳米颗粒分布不均的一个重要诱因,采用包覆处理后,当 PEG20000:TiO2=1:8时纳米颗粒分布不均的问题得到解决。3.经过TiCl4处理后,染料电池开路电压短路电流都得到提高,而光电转换效率提高将近10％左右。由TiCl4处理后的二氧化钛使光阳极的纳米颗粒表面有序度的增加,是染料电池效率提高的根本原因。而采用PEG20000和钛有机盐共同包覆纳米颗粒表面处理有望简化目前工艺。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 染料电池工作原理

1.3 染料电池的研究现状

1.4 课题的研究意义和内容

2 电池与测试

2.1 电池材料

2.2 表征测试

3 纳米二氧化钛的制备

3.1 实验

3.2 结果与分析

3.3 本章小结

4 PEG20,000对纳米颗粒的分散处理

4.1 实验

4.2 结果与分析

4.3 本章小结

5 电极的TiCl4处理

5.1 实验

5.2 结果与分析

5.3 本章小结

6 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读工学硕士期间发表论文