论文部分内容阅读
染料敏化太阳能电池(DSSC)制作工艺简单,价格低廉,具有潜在的高光电转换效率,成为太阳能电池领域研究的热点。半导体薄膜是影响DSSC性能的关键材料之一,改善薄膜材料对提高DSSC效率意义重大。TiO2因其低成本、性能稳定,是目前研究得最多的半导体薄膜材料,但其电子易复合限制了电池性能进一步提升。为解决这一问题,探索提高DSSC光电性能的新途径与方法,本文利用电子传输性能优良的半导体WO3和电子受体磷钨酸(PTA)与TiO2复合,以减少TiO2光阳极电子的复合,有效改善电子传输性能,从而提高电池光电转换效率。 本文分别采用溶液法和溶胶凝胶法制备了WO3颗粒和PTA-TiO2复合颗粒(PT),再将所制备的产物以一定比例与P25、去离子水、分散剂、乳化剂、造孔剂等配制成TiO2混合浆料,利用简单的刮涂法分别成功制备出WO3/TiO2、PTA/WO3/TiO2复合薄膜电极。利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里变换叶红外光谱(FT-IR)、X-射线能谱分析(XPS)以及紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱进行表征分析。结果表明PTA与TiO2成功复合,所制备的PT颗粒以锐钛矿型为主,粒径8~12nm;所制备的WO3属于单斜晶相,粒径35~50nm。WO3与PT的引入,对TiO2薄膜电极的主要晶型并无影响,而且几乎不影响薄膜的光吸收性能。 在上述基础上,用复合TiO2薄膜电极吸附N719染料作为工作电极,I3-/I-氧化还原对为电解质,铂电极为对电极,组装成染料敏化太阳能电池,通过I-V曲线、单色光光电转换效率(IPCE)、交流阻抗(EIS)的测试来研究复合对电池性能的影响。研究表明,WO3、PTA能有效降低薄膜电极内部传输电阻,减少光生电子的复合,提高光电转换效率。WO3/TiO2复合薄膜电极所组装的电池,性能最佳达到VOC=0.62 mV,JSC=12.10 mA/cm2,η=4.65%。PTA/WO3/,TiO2复合薄膜电极所组装的电池效率得到进一步提高,最高效率达到了4.94%,相比纯P25薄膜电极提高了39.5%。