雙層TiO2復合膜染料敏化太陽能電池的制備與性能增強.pdf

1、自從1991年O'Regan和Gratzel將具有高比表面積的納米晶介孔TiO2引入到染料敏化太陽能電池(DSSCs)，并在一個太陽光照(AM1.5)條件下取得7.12％的光電轉換效率以來，由于制備工藝簡單、質量輕、成本低以及公眾對能源供應短缺關注等原因，DSSCs引起了人們的廣泛興趣。在過去的二十年間，人們在納米顆粒DSSCs的結構設計、材料合成、光電性能表征和機理分析等方面進行了廣泛的研究。就膜電極而言，DSSCs的光電轉換性能取決

2、于膜電極的構型和TiO2納米結構的性質。特別是，具有特殊結構的空心球(HS)能夠通過增加光程長度來增強光的吸收，促進電解質的擴散，從而在DSSCs中具有潛在應用價值。此外，由于在促進電子快速傳輸，增強光散射和大的比表面積等方面具有獨特的優(yōu)勢，TiO2納米管在DSSCs中也具有重要意義。在本論文中，圍繞納米顆粒和空心球雙層結構膜電極的制備，管狀TiO2結構的合成及其在DSSCs中的應用等方面開展了如下工作：
　　 我們制備了由Ti

3、O2納米顆粒和空心球構成的雙層復合結構DSSCs，并研究了納米顆粒/納米顆粒(PP)，空心球/空心球(HH)，空心球/納米顆粒(HP)和納米顆粒/空心球(PH)四組雙層復合結構DSSCs的光電轉換性能，其光電轉換效率分別為4.33，4.72，4.93和5.28％。納米顆粒/空心球雙層復合膜太陽能電池增強的光電性能可以歸結為以下因素的共同作用。上層空心球膜層的光散射能力增強了DSSCs中光的捕獲，同時下層TiO2納米顆粒膜層確保膜電極與摻

4、氟的氧化錫(FTO)玻璃基體具有良好的電接觸。此外，TiO2空心球較大的比表面積有助于染料分子的擴散，較大的孔體積有助于電解質的傳輸。
　　 我們以鈦乙二醇棒作為自模板和前軀體在堿性條件下(0.1M NaOH)通過水熱方法成功制備了新型分等級鈦酸鹽管狀結構。該管狀結構由納米管和納米片組裝而成。合成的產物顯示出分等級結構特征，具備兩種類型的管狀結構。一種為沿著模板方向形成的大的管狀結構，另一種為大的管狀結構的外壁上生長的納米管結構

5、。大的管狀結構的形成是源于化學誘導自轉變機理或柯肯達爾效應，而小的納米管的形成是源于鈦酸鹽納米片的卷曲所致。鈦酸鹽納米片的卷曲受到納米片的表面張力和H2O2催化兩者共同作用所致。由分等級管狀TiO2(HTT)上層和納米顆粒(NP)下層構成的雙層結構DSSCs顯示出增強的光電轉換效率，其效率為6.2％，同時短路電流Isc為14.1 mAcm-2，開路電壓Voc為736mV，填充因子ff為0.6。這種合成管狀結構的方法在制備其它新型大孔/介