TiO,2染料敏化太阳能电池和BaSnO,3纳米颗粒光电性质研究

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1、河南大学微电子学与固体电子学专业2005级硕士学位论文摘要太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源是解决能源危机的最佳途径之一。染料敏化太阳能电池(Dye．SensitizedSolarCell，DSSC)由于制作工艺简单、成本低、稳定并且对环境无污染等特点，具有重要的研究价值和良好的开发前景。本文通过半导体电极和对电极的制备、染料敏化太阳能电池的组装和电池光电转化性能测试等，研究了DSSC半导体电极、对电极、电解液组成与电池性能的关系，并得到了2．26％的光电转化效率。通过表面光电压谱的测试，研究了溶胶一凝胶法制备的BaSn03纳米颗粒和N719．BaSn03复合体系的表面

2、光电压特性以及N719对Basn03纳米颗粒的敏化，为其在DsSC中的应用提供了实验和理论基础。主要作了以下有意义的工作：1．本文以Ti02粉体(P25)为原料，加入水、分散剂后进行研磨，把所得的浆料涂敷在导电玻璃上成膜，550oC热处理30分钟后，在N719染料的乙醇溶液(5x10巧M)中浸泡24h，得到Ti02／染料电极。用夹子把Ti02／染料电极和镀Pt的对电极夹紧，在两者之间滴加电解液，即完成染料敏化太阳能电池的制作。并使用CHl660电化学工作站测试电池的光电转化性能。2．探讨了Ti02薄膜的退火温度、TiCl4处理和Ti02薄膜在染料中的浸泡时间、电解液的配置以及n

3、对电极对电池光电转化性能的影响。结果表明，Ti02薄膜在550oC退火30min后，TiCl4处理30mm，在N719染料的乙醇溶液中(5×10。5M)浸泡24h可获得较好的电池性能。电解液中添加4．叔丁基吡啶和对电极经Pt修饰后，都可以使电池的性能得到改善。当电池的面积为O．25cm2，氙灯的辐照功率密度为100mW／cm2时，电池的开路电压为614mV，短路电流为1．62mA，填充因子为O．57，可获得2．26％的光电转化效率。3．归纳了染料敏化太阳能电池和光合作用的联系。新型太阳能电池一染料敏化太阳能电池Dye．SensitizedS01arCen(DSSC)和植物的光合

4、作用有着密切而深刻的联系，本文在原理、结构和组成物质三个方面分别对DSSC和光合作用进摘要行了分析和比较，由此得出，DSSC是光合单位的模拟，DSSC的产生是自然现象对人类的启示。认识二者的联系对DSSc的研究、改进有重要意义。(1)通过把DSSC与光合作用过程的比较与对照，有助于加深对DSSC工作过程的理解，其中光致电荷分离和电荷转移是核心过程；(2)向自然学习，改进DSSC的结构；(3)启发人们提取和合成天然染料；(4)将植物光合作用的物质借鉴到染料敏化太阳能电池中。4．使用溶胶一凝胶法制备了晶粒尺寸为40nm左右的BaSn03纳米颗粒，研究了BaSn03纳米颗粒的表面光电

5、压特性，结果表明其在300．450nm之间有明显的表面光电压响应，最大值在357啪左右。研究了N719．BaSn03复合体系的表面光电压响应，发现N719有机染料对BaSn03具有有效的敏化作用。N719在N719．BaSn03复合体系的表面光电压响应中起着重要的作用，它增强了BaSn03纳米颗粒的光电压响应，并且使BaSn03纳米颗粒的光电压响应阈值从450nm拓展到了600nm，N719和Basn03纳米颗粒之间的电荷转移是形成敏化效果的原因。价带谱表明两者能级的相对位置可以使电子从激发态的N719染料注入到BaSn03纳米颗粒的导带。这些结果表明N719．BaSn03复合

6、体系可能被应用在光电转化领域尤其是染料敏化太阳能电池方面。BaSn03是一种重要的陶瓷材料，人们对它的介电和光催化性质已经有了广泛的研究，但是其光电性质研究较少。我们利用表面光电压谱和电场诱导表面光电压谱对BaSn03纳米颗粒表面光电压性质进行了研究。这些结果不仅使人们对BaSn03的性质有了更多的认识和了解，而且对于DSSC电极材料的丰富和扩展具有十分重要的意义，使得具有更好性能的染料敏化太阳能电池的半导体电极材料将有可能被发现。关键词：Ti02染料敏化太阳能电池；光合作用；表面光电压谱；BaSn03纳米颗粒；N719．BaSn03复合体系河南大学微电子学．勺固体电子学专业2

7、005级硕士学位论文AbstractThesolarene唱yisaineXhaustible伊eenenel．gy．ItisoneoftheoptimalwaytoresolVeenergycrisis．Dye·SensitizedSolarCell(DSSC)isanewtypeofthesolarcell．Becauseofitssimplef曲ricationprocidure，lowcost，betterstabilit)r锄dcle锄ener阱DSSChasarouseworld