發(fā)布時間：2020-06-13 16:13

【摘要】：染料敏化太陽能電池(DSSC)是一種清潔、理論光電轉換效率較高、制備簡易的太陽能電池,具有潛在的應用前景,近年來受到大量研究者們的關注。光陽極作為DSSC的重要組成部分,起到染料支撐和電子傳輸?shù)淖饔?很大程度上影響了電池的光電轉換效率。傳統(tǒng)光陽極通常是由納米TiO_2組成,粒徑小,表面復合嚴重,電子傳輸效率較差。為提高器件性能、促進染料敏化太陽能電池的商業(yè)化,需要進一步對光陽極進行形貌、界面進行調控。本文基于電泳沉積法制備TiO_2光陽極,對光陽極進行形貌調控、界面修飾、結構優(yōu)化以提升DSSC器件的性能,并研究了其性能提高的機理。具體研究工作如下:(1)通過對FTO基底和TiO_2多孔薄膜的表面處理,降低光生載流子的復合,提升光陽極的電荷收集效率和電荷傳輸性能。以鈦酸四丁酯為前驅體溶液,用旋涂-煅燒的方法在FTO基底上制備一層TiO_2致密層,再使用電泳沉積法在修飾的FTO基底上沉積TiO_2介孔層薄膜,最后在TiO_2薄膜表面滴加二羥基雙(乳酸銨)鈦溶液并煅燒,從而完成TiO_2光陽極的制備。結果表明:TiO_2致密層能夠減少TiO_2光陽極表面的裂紋,并隔絕FTO和電解液的接觸,減少逆反應;TiO_2薄膜的表面處理可以進一步減少薄膜表面的裂縫,增強TiO_2顆粒的聯(lián)接,降低薄膜內部的電荷復合,提升光陽極的電荷傳輸效率。電池最終的光電轉換效率從6.46%提高到8.47%。(2)施加電壓大小對電泳沉積TiO_2光陽極和器件性能影響的研究。電壓越大,TiO_2納米粒子的沉積速率越快,薄膜的厚度越厚,從而吸附更多的染料。但是高電壓條件下制備的薄膜會出現(xiàn)裂紋,薄膜表面不平整,電荷傳輸性能較差。為了制備高效率的光陽極,我們采用了一種低電壓-高電壓沉積的方法,最終制備出厚度足夠、形貌良好的TiO_2薄膜,在未做表面處理的情況下,器件的光電轉化效率可以達到7.77%。(3)TiO_2/石墨烯復合型光陽極的低溫制備及其器件性能研究。我們采用電泳沉積法沉積TiO_2/石墨烯復合薄膜,通過低溫壓片處理制備出TiO_2/石墨烯復合型光陽極,并應用到DSSC器件中。結果表明低溫壓片處理能夠改善薄膜形貌,促進TiO_2顆粒間的聯(lián)接,石墨烯的引入可以進一步提高電極的電荷傳輸性能,從而提高DSSC器件的光電轉換效率。
【圖文】：

圖 1.1 DSSC 的基本結構及電荷傳遞過程示意圖導電基底：一般是透明的半導體氧化物覆蓋在玻璃上，，具備高的SSC 器件中起到傳輸電子的作用。市面上使用較多的主要有摻雜摻雜銦的氧化錫玻璃（ITO）兩種，ITO 具有更低的電阻率，所以具有更薄的膜厚，被廣泛應用到光電領域。ITO 的缺點是在高溫增大，影響載流子的傳輸，而 FTO 的電學性質在 600℃以下依然效率不會受到影響，所以在使用需要高溫煅燒的材料時，一般會陽極：通常是帶隙較寬的半導體氧化物，具備電荷提取與傳輸?shù)墓ιd流子等任務，其性質將直接影響電池的光吸收、電荷傳遞、觸等關鍵過程[18-21]，在 DSSC 器件的光電轉換過程中發(fā)揮著重要能和降低成本具有很高的研究價值。光陽極一般具備兩個主要特染料分子中高效提取電子；2）較大的比表面積以吸附大量的染料

學專業(yè)學位碩士研究生學位論文 第二章 DSSC 器件的制備與在基片上形成更均勻的薄膜，在實驗之前需要對基片進行預處理來提高 F較高的功函數(shù)可以減少空穴的注入勢壘[85]，使 FTO 表面能夠形成均勻的薄理設備如圖 2.1 所示，基片操作步驟為：1、打開真空計，將 FTO 基片正面，旋緊真空腔的閥門，使用真空泵抽氣；2、抽氣大約 3 min 左右，真空計 10 Pa 后，打開真空泵的氧氣閥門通入氧氣，此時真空泵仍然處于開啟狀 min 后，關閉真空計，打開氧等離子體開關處理 45 s，此時真空泵內顏色由于氧等離子體正在與 FTO 表面發(fā)生作用；4、關閉氧等離子體開關，關真空計，待真空腔內壓強小于 10 Pa 后（此前并未關閉真空泵是因為真空臭氧氣體，需要抽離掉），關閉真空泵，打開氮氣閥門向真空腔內通入氮壓強與大氣壓強持平時即可打開閥門取出 FTO 基片使用。本論文實驗中對電極時使都需使用氧等離子體處理 FTO 基片。注意，處理過后的 FTOn 內使用。
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM914.4

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