色素增感薄膜太阳能电池电极研究

【摘要】柔性色素增感太阳能电池是以高分子透明导电薄膜为基底材料的新型电池，其主要特点是成本相对较低、原料无污染、应用范围广泛，适应机械化、滚筒式生产。多孔TiO2薄膜是目前应用最为广泛的电极材料，这是因为锐钛矿型TiO2是良好的半导体，禁带宽度为3.2eV，但因为吸收范围位于紫外区，需要增感色素才能吸收可见光区的能量。ZnO薄膜也属于宽禁带半导体材料，因此成为最有希望取代TiO2的半导体材料。正是由于TiO2和ZnO薄膜在紫外和红外光谱范围内具有强烈的吸收作用，可以用作优质的太阳能电池的透明电极。本文首先采用丝网印刷技术和水热法相结合，在柔性ITO/PET基底上制备了TiO2多孔薄膜，在分析优化丝网印刷目数、分散剂、水热烧结温度、水热烧结时间等工艺参数的同时，进一步将水热法与传统马弗炉低温烧结进行对比分析。然后采用丝网印刷技术和电沉积法制备了ZnO多孔薄膜。通过X射线衍射仪对比分析水热烧结前后，丝网印刷技术和溶胶－凝胶法制备的TiO2薄膜的晶相组成；使用金相显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜观察TiO2薄膜和ZnO薄膜的表面形貌及横断面形貌；使用紫外－可见分光光度计测定TiO2薄膜和ZnO薄膜在不同的配比、球磨时间及保温时间下的吸光度；使用数字式四探针测试仪测定热处理前后柔性导电基底的方块电阻；使用恒电位仪测定电沉积法制备的ZnO薄膜的电极电势；使用太阳能电池测定仪在模拟太阳光条件下，测定柔性色素增感太阳能电池的光电转换效率。结果表明：当P25为4g，加入20ml乙醇进行球磨6h后，采用200目丝网印刷涂膜，放入水热釜中，100℃水热烧结12h，TiO2薄膜电极的光电转换效率达到1.92％。采用相同的丝网印刷技术，在马弗炉中低温烧结得到的TiO2电极光电转换性能为1.33％。表明采用水热法制备TiO2薄膜电极更有助于提高电池的光电转换性能。当P25为5g，加入35ml乙醇进行球磨4h后，采用200目丝网印刷涂膜，100℃马弗炉低温处理后，制备的ZnO多孔薄膜表面形貌良好，测得光电转换效率为0.2％。以0.1mol/LZn(NO3)2溶液为电解液，pH值在5.0±0.1范围内，阴极电沉积制备ZnO薄膜，溶液温度为65℃，制备的薄膜表面较为均匀。
【作者】高岩；
【导师】胡志强；
【作者基本信息】大连工业大学，材料学，2008，硕士
【关键词】柔性色素增感太阳能电池；TiO2薄膜；ZnO；薄膜；水热法；丝网印刷；电沉积；

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