纳米二氧化钛和染料敏化电池讲述.docx

纳米ＴｉＯ２染料敏化太阳电池的电极修饰和光电复合研究摘要：染料敏化太阳电池由于其较高的光电转换效率和低成本等因素正越来越受到人们的重视，当前其技术发展最为核心的问题是如何减少暗电流、进一步提高其光电转换效率．本工作对染料敏化太阳电池的光阳极进行了不同方法的ＴｉＣｌ４修饰处理，测量了各种不同修饰处理下的ＴｉＯ２太阳电池的光电转换性能．通过２４８ｎｍ波长的准分子脉冲激光辐照下的开路光电压Ｕｏｃ随时间的衰减变化关系，研究了单色脉冲激光下的染料敏化ＴｉＯ２太阳电池的光电子复合效应，从中明确了ＴｉＣｌ４修饰对染料敏化ＴｉＯ２太阳电池暗电流的调制所起的重要作用．关键词：纳米晶ＴｉＯ２；太阳电池；ＴｉＣｌ４修饰；光电子复合一、简介：染料敏化太阳电池（DSC）由于其高效低成本，相对简单的技术以及稳定的性能越来越受到人们的重视。自从Gratzel et al . 首次将钌元素加入多孔纳米TiO_2太阳能电池中，光电转换效率达到11％，这相比于Si太阳能电池已经很具有竞争性了。如今，关于太阳能电池最重要的课题是通过减少暗电流，进一步提高太阳能电池的光电转化效率。产生暗电流的主要原因一方面是在氧化态的染料分子和有电子注入的TiO_2导带间的光电子重组。另一方面原因是电解液中的碘3离子和多孔纳米TiO_2中的电子之间的光电子重组。在染料敏换太阳能电池中对TiO_2进行TiCl4 修饰处理已经被证实可以显著减少暗电流的影响。.S .M .Cai groupand S .Y.Dai′sgroup表明这TiCl4 修饰处理可以减少比表面积和平均孔筛直径，因此能够增加TiO_2多孔结构和光电子的相互联系。这已经由开路电压和短路电流得以证实。Sommling et al 研究着TiCl4 修饰电极的可能理论，他认为TiCl4处理减少了TiO_2导带的边缘位置，并且增加了光电子注入TiO_2薄膜的效率。Chunhui Huang和他的工作伙伴使用HCL处理染料敏化TiO_2薄膜，并且DSC的电流，电压，光电转化效率都显著提高。Jihuai wu报道过使用HCL处理TiO_2多孔电极比其他别的酸性处理物都好。S .Y .Daietal 研究了对TiO_2薄膜进行表面电沉积，并且发现DSC的表面光电压，短路电流，以及光电转化效率有明显提高。我们注意到上述研究没有表明TiCl4修饰机制和TiCl4修饰对不同TiO_2粒子层的影响。并且光电子重组和受激发之后开路电压Uoc的衰减时间这二者之间的联系也没有说明。电压衰减是一个众所周知的研究DSC电子复合工艺的方法.为了更进一步理解阳极修饰的影响和原理，我们特地准备了不同纳米尺寸的TiCl4修饰层，每一个修饰层均在TiO_2形成之前或之后被处理过。经过248纳米激光照射，通过测量衰减电压随时间的变化，我们观察到受单色光激发后，不同的光电子重组效应。这揭示了光电极修饰对减少暗电流和发挥TiO_2染料敏化太阳电池起着重要的作用。二、实验： 基础的实验仪器和试剂是：40mmol/L的TiCl4溶液， HCL（与TiCl溶液PH相同），TiO_2（溶胶凝胶法），N719染料，I2和LiI电解液，Pt，以及FTO实验瓶（D37，D38，D39,D40）这用于被选作实验基板，将这些实验瓶清洗干净后，再用TiCl4溶液润湿。并采用丝网印刷法将其沉积到TiO_2上。在室温下，薄膜被染化10分钟，之后在500℃高温下烧结30分钟。特别注意使薄膜厚度达到10μm，尺寸达到0.5 cm×0.5 cm。这之后再在500℃高温下烧结30分钟，并且装配在Pt电极上。这就组成了一些为了接下来的光电压性能研究的DSC。DSC光电压性能的测试使用Keighle model，2420数字源由Labview软件控制，在350W的氙气灯的照耀下。开路时照射太阳能电池直到Uoc恒定。用一束频率为5HZ 248纳米脉冲激光照射DSC10秒钟。然后，撤去电源，并测试Uoc随着时间变化情况.三、结果与讨论：2.1电流-电压特性和光电压性能DSC的能量转化效率?是通过与一种典型微型的DSC比较I-U曲线获得的。这种典型的微型DSC的?是通过太阳光（AM=1.5）照射后进行标准计算的来的。上述实验四种样品的I-U曲线如图一。注意图一中展示的数据Uoc,Joc, ?s都是在350W的氙气灯的照耀情况下获得的，而不是标准用于计算的太阳光。 基于电流-电压性能，我们计算了用不同的TiCl4处理过的样品的能量转化效率?。DSC的光电子性能见表一。在表一中清楚地展示出：与没有被TiCl4溶液处理过的D37样品相比，所有经过处理的样品的光电流密度和能量转化效率均增加。这意味着TiCl4修饰作用对于提高DSC性能具有明显的作用。D39(TiO_2薄膜沉积后之后经过TiCl4处理)，具有最高