多级纳米结构SnO2基染料敏化太阳能电池的制备与研究

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染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells,简称DSCs)由于相对低廉的价格、简单的制作工艺和潜在的高光电转换效率而成为能源研究的一个重要方向。对于DSCs光阳极材料,SnO2不仅具有很高的电子迁移率,而且在价带中的氧空位较少,有利于提高DSCs的光电转换效率和工作稳定性,因此,SnO2是极具发展潜力的光阳极材料之一。本论文重点研究了高光散射性能的纳米结构的SnO2光阳极材料,主要的研究成果如下:  (1)利用微波辅助合成法,快速合成SnO2纳米片组装而成的纳米花结构,并应用于染料敏化太阳能电池的光阳极材料。在与传统水热法相比,合成时间缩短了83%,光电转换效率提高了31%,达到3.3%。其主要原因是:微波辅助合成SnO2纳米结构的比表面积大、光散射性能优越,显著提高了电池的光电流密度。而且,由于结构更致密,电子与空穴复合减少,电子传输寿命延长。  (2)首先采用微波辅助合成法,模板合成SnO2空心球,然后在其表面修饰三维(3D)结构TiO2纳米线,形成多级纳米光阳极结构。这种复合纳米结构显著提高了光阳极的光散射、表面积和染料吸附量,而且减少了电子与空穴复合,并不影响电子传输性能。电池的短路电流密度和开路电压均得到了明显提升,致使光电转换效率提高了6倍,达到2.9%。  (3)为进一步提高电池性能,提出Y2O3纳米颗粒表面修饰SnO2作为光阳极材料的研究思想。
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