滤纸模板法制备sno2其在dssc中应用

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1、-滤纸模板法制备SnO2及其在DSSC中的应用姓名：王飞学号：121170135化学工程与工艺2012级（1）班摘要：以结晶SnCl４为原料，采用滤纸模板法，通过浸渍和煅烧，制备得到不同浓度下的SnO2光阳极薄膜并将其应用于染料敏化太阳能电池（DSSC）中。采用Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）和透射电子显微镜(TEM)表征样品的相组成和微观结构。结果表明：模板法所制得的产物纯度很高，且很好地复制了原模板的形貌，同时，通过高温烧结而得的纳米SnO2材料，应用到DSSC中，取得了不错的效果。关键词：二氧化锡；DSSC；滤纸模板法；光电转换.---1前

2、言1.1染料敏化太阳能电池概述目前，资源枯竭已日益成为人类不得不面对的重大问题，因此，开发新能源也越来越受到广泛重视和研究。作为新能源的太阳能是一种取之不尽、用之不竭的无污染能源，它的开发利用受到了特别的关注。尤其是太阳能电池，成为科学界炙手可热的话题。自上世纪50年代第一块具有实际意义的太阳能电池发明以来，太阳能电池迅速发展，表现出巨大的产业化应用前景。太阳能电池的主要种类有硅电池和化合物半导体电池，但是由于受到材料及制备工艺等各方面因素的限制，太阳能电池的有效转换效率较低。（见表1）表1太阳能电池的种类及性能参数【1】目前发展最成熟

3、的太阳能电池是太阳能硅电池，单晶硅太阳能电池的效率已达到25%以上[2]，由于它对材料的纯度要求高、制作工艺复杂、成本昂贵，这很大程度上限制了它的广泛应用。1991年，瑞士洛桑高等工业学院的Gratzel教授及其小组以多孔纳米TiO2膜作为半导体膜，过渡金属钌及锇等有机金属复合物作为敏化染料，I－/I3－有机氧化还原电解质体系，铂修饰对电极，制备出了染料敏化太阳能电池（dye-sensitizedsolarcells），其光电转化效率为7.1%[3]。DSSC以其简单的制作工艺、相对高的光电转化效率、低廉的制作成本等优点迅速成为广大科学

4、家及科学工作者的研究热点与重点。.---典型的染料敏化太阳能电池(DSSC)是由镀有透明导电膜的导电基片，染料敏化的多孔纳米晶半导体薄膜、含氧化还原电对的电解质及对电极组成的夹层结构。其基本工作原理如图1所示：当太阳光照射在染料敏化太阳能电池上，只要其能量等于染料分子特征吸收波长时，染料分子(Dye)中基态电子S就会被激发为S*，激发态染料分子将电子注入到纳米多孔半导体的导带中，注入到导带中的电子迅速富集到导电玻璃面上，传向外电路，并最终回到对电极上。而由于染料的氧化还原电位高于氧化还原电解质电对的电位，这时处于氧化态的染料分子能够氧化

5、电解质中的电子给体，自身恢复为还原态，然后氧化态的电解质扩散到对电极上得到电子再生，如此循环，即产生电流。电池的最大电压由氧化物半导体的费米能级和氧化还原电解质电对的电位决定。【4-5】图1染料敏化太阳能电池工作原理示意图DSSC虽具有理论转换效率，制备工艺简单，透明性高，对温度和入射光角度依赖小，成本低(仅为硅系太阳能电池的1/5以下)等众多优点，但由于这种新型太阳能电池发展的时间还比较短，自从1991年Gratzel发明DSSC以来，通过几年努力，目前一般仅可达到7%一8%的光电转换效率，距离产业化阶段，还有一段很长的距离，因此，染

6、料敏化太阳能电池仍具有非常广阔的发展空间和应用前景。目前，限制DSSC光电转换效率、工作稳定性以及产业化应用等方面的主要因素有：①光阳极薄膜材料及其制备工艺。薄膜材料表面所能吸附的染料分子的数量及薄膜材料的制备工艺决定了染料吸附率、光捕获效率、电子传输速率、载流子寿命等。②敏化染料。染料通过吸收太阳光将基态的电子激发到激发态，然后再注入半导体的导带，而空穴则留在染料分子中，实现电荷分离【6】.---，因此敏化染料直接影响光子的吸收，是DSSC工作性能的直接影响因素。其与光阳极薄膜的吸附程度、光响应范围、电子传输速率、激发态到还原态的可逆

7、程度、恰当的氧化还原电势等都是开发DSSC过程中重要衡量参数。③在DSSC电池中，电解质起到传输电子和空穴的作用，对电池的性能有很大的影响。目前的DSSC中，按照电解质的物理状态不同，可以将电解质分为三种：液态电解质、准固态电解质、固态电解质等。【7】其中透明液态电解质不会阻碍染料对光的吸收，而且能完全覆盖涂有染料的纳米多孔TiO2等半导体氧化物薄膜，充分利用了纳米膜的高比表面，有利于电荷的传输，但目前也存在电解质易挥发、对染料解析脱附、电解质本身不稳定、封装难等问题。④作为对电极的稀有金属Pt，在DSSC应用中虽然实现了相当可观的光电

8、转换效率，但它的自然丰度决定了寻找非Pt对电极以及使高性能Pt对电极的研制成为一种必然。1.2SnO2作为光阳极材料在DSSC中的应用染料敏化太阳能电池的核心部分是纳米多孔半导体氧化物薄膜电极，典型的光阳极