论文部分内容阅读
由于硅太阳能电池的高成本、操作复杂，因此必须研制一种可替代它的新型太阳能电池。染料敏化太阳能电池（DSSCs）以其低成本、无毒、操作简单以及高光电转换效率等优点得到迅速发展，有望代替硅太阳能电池而成为未来太阳能产业中的主导。本论文着重研究了DSSCs的制备工艺和基于SiO2/TiO2复合薄膜的染料敏化太阳能电池的光电性能，并对该复合薄膜进行了TiCl4表面处理和优化：（1）基于商业P25的染料敏化电池制备工艺的优化通过传统工艺制备了基于商业P25粉末的纳米TiO2浆料，并将其丝网印刷至FTO导电玻璃上。经过高温焙烧、染料敏化后，得到多孔纳米晶TiO2薄膜。通过XRD、SEM、紫外-可见吸收光谱以及电池的J-V曲线测试分析，研究了薄膜厚度、焙烧温度、焙烧曲线和敏化时间对光阳极薄膜结构、形貌和电池光电特性的影响。（2）基于SiO2/TiO2复合薄膜的染料敏化太阳能电池的研究通过将纳米SiO2分散到P25中，制备出七种掺杂比的SiO2/TiO2复合浆料，并采用丝网印刷法印刷在FTO导电玻璃上制备光阳极，再组装成染料敏化太阳能电池。通过XRD、Roman、SEM、TEM、FT-IR、孔隙分布和紫外-可见吸收光谱测试分析，研究纳米SiO2的掺入及掺杂量对光阳极薄膜结构、形貌和DSSCs光电性能的影响。结果表明：SiO2/TiO2复合薄膜中颗粒分布均匀，且复合薄膜与FTO导电玻璃的粘合性增强；当SiO2与P25的质量掺杂比为7.5%时，DSSCs的转换效率最高（η=8.4%），电池的Jsc为18.72mA/cm2，Voc为0.78V，FF为57.39%，比纯纳米晶TiO2电池的效率提高了45%。（3）TiCl4溶液处理SiO2/TiO2复合薄膜的研究先配置七种不同浓度的TiCl4溶液，然后再用这六种TiCl4溶液对SiO2/TiO2复合光阳极进行TiCl4后处理。通过SEM、氮气吸附-脱附曲线、紫外-可见吸收光谱和电池的IPCE、J-V曲线测试，研究TiCl4水溶液的浓度对光阳极复合薄膜的形貌和电池的光电性能的影响。得出结论：TiCl4水解生成的纳米TiO2小颗粒减小了孔容和孔隙率，增大了薄膜中纳米颗粒的晶粒尺寸；当TiCl4水溶液的浓度为75mM时获得了最高的电池转换效率，较未处理的电池效率提高了105%，Voc和FF波动不大。