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本论文采用电泳沉积方法制备了用于染料敏化太阳能电池的纳晶TiO2多孔薄膜;根据不同的柔性导电基底,提出了相应的低温和高温后处理方法;通过向纳晶TiO2掺杂金属提高纳晶薄膜的光电性能。采用多种研究手段对所制备的纳晶薄膜的性能进行了研究,并系统地分析了后处理影响其光电性能的机理。
1.通过较低的外加电场,在TiO2纳米颗粒分散液中电泳沉积制备了纳晶TiO2薄膜。通过改变分散体系中溶剂配比、TiO2的添加量、电泳沉积时间等参数调控薄膜的表观形貌、微观结构。采用在钛酸四丁酯醇溶液中进行提拉浸洗和450℃高温烧结的后处理方法,改善颗粒之间和颗粒与基底的连接结合性能,进而提高所制备的纳晶多孔薄膜的光电性能。
2.在电泳沉积制备纳晶TiO2薄膜的基础上,研究了基于导电聚合物基底的柔性纳晶TiO2薄膜的低温后处理方法。采用热液处理法,将电泳沉积的纳晶薄膜在钛酸四丁酯醇溶液中提拉浸洗后,在100℃水煮处理。通过优化制备过程中的工艺条件参数,提高了这种新型的低温制备的纳晶TiO2多孔薄膜电极的光电性能。由其组装的染料敏化太阳能电池在光强100 mW.cm-2的条件下,光电转换效率达到6.12%。
3.采用电泳沉积和高温烧结后处理的方法在金属钛板基底上制备了纳晶TiO2薄膜。根据钛基底不透光、光必须从对电极入射的特点,优化设计了含有散射层的双层复合结构的纳晶薄膜。由这种复合结构薄膜组装成的电池的光电转换效率达到6.33%;与丝网印刷在导电聚合物基底上的载铂对电极组装制成的柔性染料敏化太阳能电池的光电转换效率达到5.38%。
4.在制备TiO2胶体时将金属钽和铌分别掺杂到纳晶TiO2中。研究发现金属掺杂能增加纳晶TiO2的载流子浓度,提高TiO2薄膜的电子输运性能,从而改善其光电转换性能。通过掺杂浓度等制备条件的优化,使钽掺杂纳晶TiO2薄膜电极的光电转换效率提高到9.3%。