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在染料敏化纳晶太阳能电池领域中,寻找低成本、高性能的新型敏化剂成为研究的热点之一。
本论文采用共轭聚噻吩衍生物作为敏化剂制备纳晶敏化太阳能电池,探究聚合物敏化机理及界面电荷转移过程,为提高聚合物敏化太阳能电池的光电转换效率进行了如下的研究工作:
1、用紫外光谱及稳态和瞬态荧光光谱研究了苯乙烯基取代聚噻吩(PTh)的光化学性能,发现PTh在可见光区具有宽的吸收范围和高的消光系数,吸附在TiO2表面的聚合物激发态注入电子到TiO2导带的速率常数范围为108~109s-1,显示了聚噻吩作为在可见光范围内敏化宽禁带半导体TiO2的有效性。实验了几种不同聚噻吩的光电性能,发现吸收范围越宽的聚合物其光电转换效率越高,其中含有聚噻吩乙烯基侧链的聚噻吩COTV2吸收范围为350-720nm,几乎覆盖了可见光范围,敏化电池的光电转化效率最高。
2、采用多种表面修饰技术改善聚合物与纳晶半导体之间的界面性能,发现修饰之后的TiO2纳晶电极表面纳米金与共轭聚噻吩敏化剂中的硫原子存在较强的相互作用,使得聚合物敏化剂在电极表面的吸附明显增强,聚合物与电极之间的电荷注入速率显著的提高,其中金胶体沉积修饰方法使电池的光电转化效率提高了70%以上。
3、研究了纳晶电极微结构对电池性能的影响。TiO2纳米管的加入,改善了电子在纳晶电极中的传输性能,克服了电子在半导体颗粒之间传输的阻力,加快了电子的传输速度;棒状ZnO纳米结构同样有效地降低了纳米粒子之间电子传输的晶界势垒和电子传输的损耗,提高了电荷传输能力;与棒状有序的ZnO薄膜相比,花状ZnO薄膜电极由于比表面的增加,显著的提高的电池的光电流,继而提高了电池总的光电转化效率。