染料敏化太阳能电池复合薄膜电极研究
Study on Composite Film Electrodes of Dye-sensitized Solar Cells
太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源是解决能源危机的最佳途径之一.染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC)由于制作工艺简单、成本低、稳定并且对环境无污染等特点,具有重要的研究价值和良好的开发前景.目前,以TiO2作导电薄膜的染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转化效率最高已达11%.但是,单一纳米多孔薄膜电池的光电转换性能并不是很理想,由于纳晶多孔TiO2薄膜中存在着大量表面态,表面能级位于禁带之中,呈局域态构成陷阱,束缚了电子在薄膜中的运动,导致电子与电解质复合的概率增大,暗电流增加,效率降低.而适当的掺杂则可以增强其光电性能.研究发现,多元氧化物可以通过改变自身组成更自由的调节物理和化学性质,使多元氧化物的能带、工作方式、电阻系数很容易调节.NiAl2O4是一种窄禁带半导体,具有较好的可见光吸光性能、催化性、耐酸碱等优点,因而本实验采用尖晶石复合氧化物NiAl2O4掺杂TiO2光阳极进行改性,由于两种半导体的导带、价带、禁带宽度不一致而发生交叠,能扩展TiO2的光谱响应、提高TiO2薄膜电极的吸光度.本论文采用醇水-共沉淀法制备NiAl2O4纳米粉体,然后粉体以不同比例加入TiO2纳米粉体中,球磨分散得到印刷浆料,用丝网印刷的方式在FTO导电玻璃上制备NiAl2O4/TiO2复合薄膜电极.文中考察了各种工艺参数对复合薄膜电极性能的影响,探讨了这些因素对电极的表面形貌、吸光度以及光电效应的影响,并最终确定一个最佳的掺杂比例.采用XRD分析了纳米粉体的晶型.采用SEM、UV-vis、太阳能电池测试仪等仪器分析了复合薄膜的表面形貌、吸光性能、光电性能.实验结果表明:醇-水共沉淀法制备的NiAl2O4粒子比水溶液共沉淀法得到的粒径小,当醇-水比1:1时,所制得的样品粒子粒径趋于最小.掺杂纳米NiAl2O4粉体到TiO2浆料中可以提高电池的光电转化效率,当掺杂量为2%时,复合薄膜电极具有较好的光电性能,与纯TiO2薄膜电极相比,η提高了17.4%,达到5.93%;当掺杂量为3%时,电池的转化率为5.26%,相对于2%有所降低;因此要获得较高的电池性能,严格控制NiAl2O4掺杂量是非常必要的.
- 作者：
- 高丽
- 学位授予单位：
- 大连工业大学
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2010年
- 导师姓名：
- 胡志强
- 中图分类号：
- TM914.4；TB383.2
- 关键词：
- 染料敏化太阳能电池；复合薄膜；掺杂；NiAl2O4；醇-水共沉淀法；丝网印刷
- dye-sensitized solar cell；composite film；doped；NiAl2O4；coprecipitation process of alcohol-aqueous；screen print
- 基金项目：
- 863高技术