染料敏化太阳能电池复合薄膜电极研究

【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。目前，以TiO2作导电薄膜的染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转化效率最高已达11%。但是，单一纳米多孔薄膜电池的光电转换性能并不是很理想，由于纳晶多孔TiO2薄膜中存在着大量表面态，表面能级位于禁带之中，呈局域态构成陷阱，束缚了电子在薄膜中的运动，导致电子与电解质复合的概率增大，暗电流增加，效率降低。而适当的掺杂则可以增强其光电性能。研究发现，多元氧化物可以通过改变自身组成更自由的调节物理和化学性质，使多元氧化物的能带、工作方式、电阻系数很容易调节。NiAl2O4是一种窄禁带半导体，具有较好的可见光吸光性能、催化性、耐酸碱等优点，因而本实验采用尖晶石复合氧化物NiAl2O4掺杂TiO2光阳极进行改性，由于两种半导体的导带、价带、禁带宽度不一致而发生交叠，能扩展TiO2的光谱响应、提高TiO2薄膜电极的吸光度。本论文采用醇水-共沉淀法制备NiAl2O4纳米粉体，然后粉体以不同比例加入TiO2纳米粉体中，球磨分散得到印刷浆料，用丝网印刷的方式在FTO导电玻璃上制备NiAl2O4/TiO2复合薄膜电极。文中考察了各种工艺参数对复合薄膜电极性能的影响，探讨了这些因素对电极的表面形貌、吸光度以及光电效应的影响，并最终确定一个最佳的掺杂比例。采用XRD分析了纳米粉体的晶型。采用SEM、UV-vis、太阳能电池测试仪等仪器分析了复合薄膜的表面形貌、吸光性能、光电性能。实验结果表明：醇-水共沉淀法制备的NiAl2O4粒子比水溶液共沉淀法得到的粒径小，当醇-水比1：1时，所制得的样品粒子粒径趋于最小。掺杂纳米NiAl2O4粉体到TiO2浆料中可以提高电池的光电转化效率，当掺杂量为2%时，复合薄膜电极具有较好的光电性能，与纯TiO2薄膜电极相比，η提高了17.4%，达到5.93%；当掺杂量为3％时，电池的转化率为5.26%，相对于2%有所降低；因此要获得较高的电池性能，严格控制NiAl2O4掺杂量是非常必要的。
【作者】高丽；
【导师】胡志强；
【作者基本信息】大连工业大学，材料学，2010，硕士
【关键词】染料敏化太阳能电池；复合薄膜；掺杂；NiAl2O4；醇-水共沉淀法；丝网印刷；

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