tio2纳米晶薄膜电极表面修饰和光电化学性质论文

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1、摘要随着人类工业文明的迅速发展，煤、石油、天然气等矿物资源正R益枯竭。世界范围内能源供应日益紧张，能源问题将成为制约各国经济发展的重要因素。作为矿物能源的替代能源，太阳能最具有开发和利用前景，越来越受到人们的重视。在太阳能的有效利用当中，太阳能电池是近年来发展最快，最具活力的研究领域。二十世纪九十年代发展起来的染料敏化纳米晶薄膜太阳能电池因其具有制备简单、成本低、光电转化率高等优点，成为当前光电转换器件的研究热点之一。染料敏化纳米晶太阳能电池主要是由半导体纳米晶薄膜、电解质、光电敏化剂以及对电极构成，各部件都对太阳能电池的光电性能有重要的影响。本论文主要从半导体纳米晶薄膜和

2、电解质这两方面入手，研究改善太阳能电池光电转化效率的方法和途径。71．在染料敏化太阳能电池中，电解质起到传输电子和空穴的作用。其中的添加剂的种类对电池的性能有重要的影响，TBP和Li+是常用的添加剂。本文研究了113P对纳米晶n02电极的能带结构以及表面态影响，应用光谱电化学方法测定了纳米晶Ti02电极在含有4_叔丁基吡啶(TBP)电解液中的平带电势(Efb)。113P对纳米晶m02电极的能带结构具有显著的影响。在不含和含有O．2或0．4mol·L-1TBP的O．2mol·L-1高氯酸四丁基铵(TBAP)／Z,腈溶液中，测得面02电极的Etb依次为-2．25，．2．46和-

3、2．60V。当加入Li+后，m02电极的Efb正移。在不含和含有0．2或0．4mol·L．1113P的0．2mol·L．1LiCl04／乙腈溶液中，测得Ti02电极的E南依次为．1．12，一1．22和．1．30V。用时间分辨电流方法测定了陷阱态分布。在不含和含有O．2或0．4tool·L．1TBP的0．2mol·L．1TBAP／乙腈溶液中，测得Ti02电极的陷阱态密度依次为3．52×1016，3．18×1016和3．37×10160111七，陷阱态分布的最大值位于．1．99，．1．89和．1．85V处。Li+的加入进一步减少了陷阱态密度。在不含和含有0．2或0．4mol·L

4、．1TBP的0．2mol·L．1LiCl04／乙腈溶液中，测得Ti02电极的陷阱态密度依次为8．39×1015，1．1l×1016和9．22×1015cnl-2，陷阱态分布的最大值位于-o．72，_0．84和．0．95V处。最后，我们研究了N3染料敏化的纳米晶Ti02电极在含有不同浓度TBP的电解质溶液中的光电化学性质。实验结果显示，随着TBP浓度的增加，Vk增大，使Ti02电极的光电转化效率增加。2．通过表面修饰改善染料敏化纳米晶n02薄膜太阳能电池的光电性能。因为纳米结构半导体电极表面与电解质之间缺少耗尽层，注入到半导体导带中的电子容易与电解质中的氧化性物质发生电荷复合

5、，这是制约染料敏化太阳能电池转化效率的一个主要因素，因此降低电荷复合就成为改善电池的光电转化效率的关键。本文中我们用一种简便的方法在纳米晶Ti02电极上修饰了SrC03和BaS04层，用红外分析手段证明了SrC03和BaS04修饰层的存在，并研究了SrC03和BaS04修饰层厚度对纳米晶Ti02电极的电化学和光电化学性能的影响。结果表明，SrC03和BaS04修饰层对纳米晶Ti02电极的平带电势影响很小，修饰后使陷阱态密度显著减小。实验表明，要获得好的光电性能，需要优化SrC03和BaS04修饰层的厚度。N3敏化修饰一层SrC03的纳米晶Ti02薄膜太阳能电池在100mW／

6、cm2的白光照射下的光电转化效率值达到最大，为7．46％。N3敏化修饰二层BaS04的纳米晶Ti02薄膜太阳能电池在100mW／cm2的白光照射下的光电转化效率值达到最大，为7．56％，比纯的Ti02电极获得的光电效率增大大约6％。3．本文中我们用一种简便的方法在N3敏化的纳米晶n02电极的表面修饰了BaS04层，用分析手段证明了纳米晶啊02电极表面BaS04的存在。我们也研究了BaS04修饰层厚度对电极的电化学和光电化学性能的影响。我们用光谱电化学的方法研究了BaS04修饰层对N3敏化的纳米晶Ti02电极的平带电势Efo的影响。实验结果显示，用BaS04修饰过的电极与未修

7、饰的电极比较，修饰后Efb基本没有发生变化。用BaS04修饰后，电极的表面态浓度减小。我们也研究了BaS04修饰N3敏化的纳米晶面02电极的光电化学性能，结果表明，修饰二层BaS04层的N3敏化的纳米晶Ti02薄膜太阳能电池在100mW／cm2的白光照射下的光电转化效率最高，为7．40％。关键词：染料敏化太阳能电池；TBP；表面修饰：电化学；光电化学IIAbstractWiththelifeofmankindandsocio-economicdevelopment，mineralenergyresourcessuc