染料敏化太阳电池双层光阳极膜的制备及性能研究

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1、ZSTUZhejiangSci-TechUniversity硕士学位论文Master’sThesis中文论文题目：染料敏化太阳电池双层光阳极膜的制备及性能研究英文论文题目：Preparationandpropertiesofdoublelayeredphotoanodicfilmsfordye-sensitizedsolarcells学科专业：材料加工工程作者姓名：关迎利指导教师：熊杰完成日期：2016年12月29日浙江理工大学硕士学位论文染料敏化太阳电池双层光阳极膜的制备及性能研究染料敏化太阳电池双层光阳极膜的制备及性能研究摘要

2、近年来，由于染料敏化太阳电池（dye-sensitizedsolarcells，DSSCs）的制备过程相对简单、理论效率较高而得到了较快的发展，但是光阳极膜的染料吸附量、光电子传输和光散射性能却一直影响着DSSCs的进一步发展。本论文通过制备不同形貌的TiO2来提高光散射性能和光电子传输进而改善DSSCs的光电性能，具体内容如下：用水热法制备了TiO2中空球，通过FESEM、TEM、XRD和漫反射光谱等对所得材料的形貌、结构和漫反射性能等进行了表征，结果显示该中空球是由小尺寸TiO2多面体组成，并且呈现出较好的光散射性能。通过静电

3、喷的方法制备出了由中空球组成的单层和由P25-中空球组成的双层光阳极膜。组成DSSCs后，其I-V曲线测试结果显示，单层光阳极膜对应的光电转换效率为2.13%，而双层结构的光电转换效率达到了2.96%提高了约28.0%。这主要是由于双层结构中P25具有较大的比表面积用于吸附染料，而中空球具有较好的光散射性能可以提高光的利用效率，同时中空球紧密结构具有较快的电子传输速率。用水热法制备出了由TiO2纳米片组成的微球（片球）可以通过HF溶液获得，而TiO2纳米棒（NR）可以通过静电纺丝和超声的方法获得。对所得的片球用FESEM、TEM和

4、XRD等进行表征，结果显示，该材料的均一性较好，由TiO2纳米片有序堆积而成。用静电喷的方法分别制备出单层结构片球、双层结构P25-片球和P25/NR-片球的不同光阳极膜。组装DSSCs，I-V测试的结果显示，单层2结构做光阳极膜时的电池对应的短路电流和开路电压分别为11.43mA/cm和770mV，其对应的光电转化效率为4.14%。而由P25-片球和P25/NR-片球做光阳极膜时对应的光电转换效率分别为5.36%和5.99%，光电效率的提高主要是由于P25的引入可以提高染料的吸附量，而NR的引入可以作为电子传输的直接通道，减少电

5、荷重组，同时TiO2片球有着较好的光散射性能。用溶剂热法和两种不同的钛源制备出了直径均约为1500nm但表面形貌不同的TiO2微球（TMS），并研究了两种形貌不同的TMS对DSSCs中光的吸收和光电性能的影响。UV-vis漫反射光谱和N719染料吸收光谱的结果表明，这两种TMS具有光散射性能和染料吸附的双重功能，这是DSSCs光阳极膜中非常重要I浙江理工大学硕士学位论文染料敏化太阳电池双层光阳极膜的制备及性能研究的条件。SEM和I-V测试结果显示，钛酸异丙酯作钛源时得到的TMS具有粗糙表面（TMSR），该材料作为作为光阳极膜时对应

6、的光电转换效率为5.54%；而当钛酸丁酯作为钛源时得到的TMS表面较光滑（TMSS），其应用于DSSCs时对应的光电转换效率为4.10%，主要是由于与TMSS相比，TMSR具有较大的比表面积和更好的光散射性能，但是TMSR的光电转换效率依然低于P25（5.75%）。为了进一步提高DSSCs的光电性能，通过静电喷的方法制备出了由P25作为有效层和TMS作为散射层的双层结构（P25-TMS），与其对应的单层结构相比，光电性能都有了一定的提高。P25-TMSR呈现出最高的光电转换效率7.62%，这主要是由于该结构具有较大的比表面积、较好

7、的光散射性能和较快的电子传输。关键词：染料敏化太阳电池；静电喷涂；TiO2；双层；光阳极膜II浙江理工大学硕士学位论文染料敏化太阳电池双层光阳极膜的制备及性能研究Preparationandpropertiesofdoublelayeredphotoanodicfilmsfordye-sensitizedsolarcellsAbstractDye-sensitizedsolarcells(DSSCs)witheasyprocessingandhightheoreticalefficiencyhavehadagreatprogres

8、sinrecentyears.While,theamountsofdyeloaded,thetransportationofthecharge,andthepropertiesoflightscatteringarethemainelementsi