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1、染料敏化太阳能的制备及性能分析1染料敏化太阳能的结构与原理1.1染料敏化太阳能的结构一个典型的DSSC(如图1所示)主要包括:纳米多孔TiO2半导体薄膜、透明导电玻璃、染料光敏化剂、空穴传输介质和对电极。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物（TiO2、SnO2、ZnO等），聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为DSSC的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质，最常用的是。1.2染料敏化太阳能的原理染料敏化一般涉及3个基本过程:染料吸附到半导体表面,附态染料分子吸收光子被激发,激发
2、态染料分子将电子注入到半导体导带。该过程中,TiO2不仅作为光敏染料的支持剂,同时也作为电子的受体和导体。在入射光的照射下,镶嵌在纳米二氧化钛表面的光敏染料分子(Dye)受到光激发吸收光子,电子从金属轨道跃迁至联毗吮配体的*轨道,产生金属到配体的电荷转移激发态(Dye*):Dye+hDye*处于激发态的染料分子向低能级的二氧化钛半导体的导带内注入电子(电子注入的速度为飞秒到皮秒的时间尺度),染料光敏剂分子自身转化成为氧化态的正离子(Dye+),借以实现电荷分离,实现了光诱导电子转移:Dye*Dye++e-(TiO2)注入导带中的电子从半导体电极流出,经
3、外电路时对外做功,产生工作电流,流回到电极:E-(TiO2)e-(BC)处于氧化态的染料正离子(Dye+)与电解液中的氧化还原电子对(I-/I-3)反应,获得电子被还原回到基态(Dye):Dye++1.5I-Dye+0.5I-3I-3扩散到对电极(CE)上得到电子再生:0.5I-3+e(CE)1.5I-半导体导带上的一部分光生电子可以将电解质中的I-3还原:I-3+2e-(TiO2)3I-半导体导带上的一部分光生电子可以将被氧化的染料还原:Dye++e-(TiO2)Dye电路形成一个完整的循环。整个过程中,表观上化学物质没有发生变化,
4、而光能转化成为电能。染料激发态的寿命越长,越有利于电子的注入,而激发态的寿命越短,激发态分子可能来不及将电子注入到半导体的导带中就已经通过非辐射衰减而回到基态。步骤、为决定电子注入到半导体效率的关键步骤。电子注入效率常数与逆反应速率常数之比越大,电荷复合的机会越小,电子注入的效率就越高。I-还原氧化态染料的速率常数越大,电子回传被抑制的程度越大,这相当于I-对电子回传进行了拦截。步骤是造成电流损失的一个主要原因,因此只有当电子在纳米半导体网络中的传输速度(步骤)越大、电子与I-3复合的速率常数越小时,电流损失才会越小,从而光生电流越大。步骤生成的I-3扩散到对电极
5、得到电子变成I-(步骤),从而使I-再生并完成电流循环。原理示意图如图2所示图2染料敏化太阳能电池原理示意图2染料敏化太阳能的光阳极电池的制备2.1染料敏化太阳能电池的制备的结构设计以TiO2(平均粒径21nm,DegussaP25)作为DSSC中光电极所需的材料.以透明ITO(IndiumTinOxide,10Ω/sq,2.5cm×2cm)导电玻璃当作基底.ITO的清洗步骤依次以丙酮、二次去离子水及乙醇间隔2min在超音波震荡器下洗净.电泳悬浮液配置为IPA与TiO2纳米粉末(TiO2/IPA)以比例1000:3混合，且在超音波震荡器下连续震荡3h.完成后的TiO2/I
6、PA静置冷却至室温.将TiO2/IPA在不同添加量(10−5~10−3mol/L)的Mg(NO3)2⋅6H2O作电解质，并测量Zeta电势.电泳沉积实验将正电极(Alfoil)与负电极(ITO)以平行方式置入电泳悬浮液，二者的间距为1cm.电泳沉积的电压设定为20~100V，并以多层电泳方式使厚度达到约10µm，如图1所示的电泳示意图.每一层薄膜皆经400℃的热处理(10℃/min).使用protel99se，在不同的layer中画出电池结构如图3所示：光阳极玻璃片对电极玻璃片封装膜TiO2光阳极图3染料敏化太阳能电池的结构设计2.2ITO玻璃的切割及清洗使用专门的玻璃切割
7、器来切割不导电一面，规格为1.5cm*2cm。通常先对ITO表面用湿法处理，即用洗涤剂清洗，再用乙醇，丙酮及超声波清洗或用有机溶剂的蒸汽洗涤，后用红外灯烘干。洗净后对ITO表面进行活化处理，使ITO表面层含氧量增加，以提高ITO表面的功函数，也可以用过氧化氢处理ITO表面，用比例为水：双氧水：氨水=5：1：1的混合溶液处理后,使OLED器件亮度提高一个数量级。因为过氧化氢处理会使ITO表面过剩的锡含量减少而氧的比例增加，使ITO表面的功函数增加从而增加空穴注入的几率2.3纳米二氧化钛浆料的分散称一克二氧化钛放入烧杯
