光阳极结构对染料敏化太阳能电池性能的影响-论文.pdf

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1、第35签第4期河科技人学学报：自然科学版VO1．35NO42014年8月JoinhalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScienceAug2014文章编号：1672—6871(2014)04—0005—05光阳极结构对染料敏化太阳能电池性能的影响王镜拮h，徐春花，¨，尤玉飞，张梦兰；张旦闻(1．河南科技大学a．材料科学与程学院；b．有色金属共性技术河南省协同创新中心，河南洛阳471003；2．洛阳理／iI：院机电1系，{l1J南洛阳471023)摘要：染料敏化太阳能电池是一种新的太

2、阳能电池，通常用钛片做光阳极。用钛网代替钛片制备光阳极町组装成一种新型结构的染料敏化太阳能电池。采电化学几极氧化法，在磁力搅拌质量分数0．25％NH、+体积分数2．25％H，0+乙二醇电解液作用下，在钛网和钛片表面制备TiO，纳米管阵列。其中，一组椒化后的试样住具有做水颗粒的溶液中超声震荡将制得的试样做光阳极组装染料敏化太阳能电池，并测试电池性能．用门描电镜观察FiO，纳水管阵列。研究结果表明：阳极氧化所制备的TiO：纳米管阵列表面仃盖层，超卢处理町移去覆盖层，试样表面露出高度有序的纳米管阵列便fN719染料的灌人，而有效地提高染料敏化太阳能

3、电池的光电转化效率。钛网光阳极组装的染料敏化太阳能电池比卡日条件F钛片组装的I乜池，光电转换效率提高r7．4倍．关键词：阳极氧化；)匕阳极；FiO，纳水管阵列；染料敏化太阳能电池；光电转换效率中图分类号：TM914．4文献标志码：A0引言自1991年，文献[1]以TiO，纳米颗粒作为光阳极研制出染料敏化太阳能电池(DSSCs)以来，各种结构的染料敏化太阳能电池得到了快速发展与TiO纳米颗粒作相比，TiO纳米管阵列具有更大的比表面积而能吸附更多的染料，间时，TiO纳米管垂直生长在钛基体上，给电子传输提供了一个单向的通道，并且纳米管阵列与钛基体之

4、间还有一层紧密的TiO阻挡层，有利于减少暗电流的产生。TiO纳米管阵列的这些优良性能使人们将其用于染料敏化太阳能电池的光阳极。1999年，文献[3]在低电压下阳极氧化金属Ti片制备出TiO多孔薄膜。2001年，文献[4]首次采用阳极氧化法在HF酸水溶液中制得孔径为60IIITI、长度为250nli1H．分布均匀、排列整齐有序的TiO纳米管阵列。2005年，⋯些研究人员首先将TiO，纳米管作为光阳极材料，并成功制备组装成了DSSCs结构，如图la所示。敏化的TiO，光阳极吸收太阳光的能力是决定DSSCs电池的最关键因素。对图la的DSSCs结构

5、，太阳光从对电极一侧射入，其路径需经过镀铂层的对电极以及电解质溶液，才能到达敏化的TiO纳米管光阳极(染料+TiO，纳米管阵列)。这种DSSCs使得部分太阳光在传播过程中被对电极及电解质溶液吸收，从而降低了入射光被敏化的TiO光阳极处的强度，所以光电转化率较低。为了克服这一缺点，本文提出r用Ti网制备riO，纳米管阵列光阳极的DSSCs，太阳光可直接从Ti网射入，到达敏化的TiO纳米管光阳极，增加光吸收率。目前，尽管用TiO纳米管组装DSSCs的报道很多，但用网状光阳极的报道却很少。本文使用阳极氧化法在菱形钛网表面制备出TiO纳米管阵列，并用

6、其作为光阳极，组装DSSCs结构如图lb所示，同时也用阳极氧化在钛片表面制备出TiO：纳米管阵列，并用其做光阳极，制备图1a所示的DSSCs。并对比分析了两类DSSCs的性能。基金项目：教育部长江学者和创新团队发展基金项目(IRT1234)；河南省科技厅基础与前沿技术研究基金项目(11230041002)作者简介：王镜吉吉(1985一)，男，河南商丘人，研究生；徐春花(1955一)，女，河南许昌人，教授，博，硕上生导师，主要从事金属腐蚀与防腐．收稿日期：2014—04—08·6·南科技大学学报：自然科学版密封膜(a)片状光阳极(b)网状光阳极

7、图1DSSCs结构示意图1试验过程1．1试验材料及试样处理阳极氧化材料是厚度约0．05mm菱形钛网和厚度为0．2mm的钛片，其纯度为99．0％。试验中所刖到的符种试剂若尢特别说明均为分析纯。剪取1CIlrl×3CIll的Ti网和钛箔各两片，分别依次放入稀盐酸(7％)、丙、蒸馏水、乙醇中，在声波中各清洗5rain，然后取出晾干待用。电解液成分为质量分数0．25％NHF+体积分数2．25％HO+乙■醇，即1．11g的NHF、432．9mL乙醇和10mL的蒸馏水混合后用磁力搅拌器搅拌l2h，使NHF溶解且电解液成分均匀，并静置2h，待用；』1]热解

8、法制备镀铂的对电檄。将5IIlII10

9、的氯铀酸、水和异丙醇按照一定比例混合均匀后，将混合液滴加到F掺杂的SnO，(FTO)导电玻璃卜，在箱式电阻炉中380oC保温