TiO2纳米管阵列柔性染料敏化太阳能电池

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:panxi1210
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二氧化钛纳米管阵列具有许多优异的性能,本论文中采用阳极极化刻蚀法,在钛片上制备了纳米管阵列,并将纳米管阵列用于柔性染料敏化太阳能电池。通过电泳沉积,矩形波电压刻蚀制备波纹状纳米管等方法来提高柔性染料敏化太阳能电池的性能。具体工作及相关结论如下:   1在含有NH4F的有机电解液中,用钛片为基底,采用阳极极化刻蚀法制备了高度有序、垂直于基底的二氧化钛纳米管阵列。研究发现在电解液组成、温度、刻蚀电压一定的情况下,控制极化刻蚀时间,能够得到高度有序、结构规整的纳米管阵列。过长的反应时间反而会破坏纳米管阵列高度有序的结构。50小时制备的二氧化钛纳米管陈列用作染料敏化太阳能电池的工作电极时得到了最高效率为5.95%。50小时制备的纳米管阵列为工作电极时得到了最大的染料吸附量、最小的阻抗、最短的电子收集时间。并对电子收集时间和阻抗等的变化做出了相应的解释。   2为了增大工作电极表面积,提高染料吸附量,使用电泳沉积法在纳米管内表面沉积TiO2纳米颗粒,光电转化效率由4.28%提高到6.28%。研究发现沉积胶体后,染料吸附量增大了47.2%。电池光电转化效率提高主要归因于光电流的增大。开路电压的降低归因于复合反应的加快和低的平带电位。电泳沉积胶体使工作电极Ri减小,电子收集时间减少。   3使用矩形波电压刻蚀制备了波纹状的纳米管,将波纹状纳米管阵列与普通纳米管阵列比较,研究发现,波纹状纳米管阵列有更大的表面积,光散射性能更好,能够更充分地吸收入射光。将其用作柔性染料敏化太阳能电池的工作电极时光电转化效率达到了7.36%。在PEN上还原沉积铂,作为对电极后电池的光电转化效率低于以载铂的FTO为对电极时组装的柔性染料敏化太阳能电池。电池效率偏低的主要原因归结于PEN对电极的Rct较大,催化活性低于载铂对电极。并且整个电池的串联电阻Rs较大。
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