【文章內(nèi)容簡介】 極是該領域迫切需要研究的重點問題。 溶膠凝膠法：通過水解鈦的醇鹽或氯化物前驅(qū)體得到無定形沉淀，在酸性或堿性環(huán)境中膠溶得到溶膠物質(zhì)，然后經(jīng)過干燥焙燒后制得納米 TiO2 薄膜電極。對 DSSC 而言，傳統(tǒng)溶膠凝膠法制得的 TiO2 電極薄膜與玻璃基底結(jié)合牢固，但結(jié)構(gòu)致密、比表面積小，不利于染料吸附 [8]和電解質(zhì)離子的擴散 [9]，造成光電轉(zhuǎn)換效率低下，在 DSSC 中的應用受到限制。 水熱合成法：是溶膠凝膠法的改進，通過水解鈦的醇鹽或氯化物前驅(qū)體得到無定形沉淀，在酸性或堿性溶液中膠溶得到溶膠物質(zhì)。將高壓釜中水熱Ostwald 熟化后的溶膠涂覆在導電玻璃基片上，經(jīng)高溫煅燒即得到納米 TiO2 薄膜電極。與溶膠凝膠法相比，水熱合成法加入了在高壓釜中進行的水熱熟化過程來控制產(chǎn)物的結(jié)晶和長大，進而調(diào)節(jié)晶型、粒徑 [10]和薄膜孔隙率 [9]等以提高光電轉(zhuǎn)換效率。 杜作娟等 [10]以 Ti(SO4)2：為原料，采用水熱法制備了銳鈦礦型 TiO2 納米粉體，并利用 XRD、激光粒度儀等對所得 TiO2 粉體的晶相組成、粒徑分布等性質(zhì)進行了表征，探討了反應溫度和反應時間等條件對粉體晶型及粒徑的影響。試驗染料敏化太陽能電池底工作機理 7 結(jié)果表明，隨著反應溫度的增高和反應時間的延長，粉體 的結(jié)晶更完整；較低的反應溫度 (180~C)對粉體粒度分布影響不大；當反應時間在 5h 以下時，對粉體粒徑分布基本沒有影響，隨著反應時間的進一步延長，粉體粒徑趨于增大，分布更均勻。 李勝軍 [9]等利用聚苯乙烯小球做造孔劑，用溶膠一凝膠水熱法制備了孔徑約200nm、顆粒均勻的銳鈦礦型 TiO2 納晶薄膜電極，并探討了造孔劑對電極光電性能、 I3ˉ極限擴散電流的影響。檢測結(jié)果表明，該電極具有較好的光漫反射性能，球形大孔的存在提高了凝膠電解質(zhì)在 TiO2 薄膜電極中的滲透和 I3ˉ離子的擴散性能。與不含大孔的 TiO2 電極相比，提 高短路光電流光電轉(zhuǎn)換效率可提高 ％。 電泳沉積法：電泳沉積法作為一種制備具有復雜形狀薄膜材料的方法，近年來在 TiO2 薄膜電極制備方面有較多研究 [ 1112]。在直流電壓作用下 TiO2懸浮液中的帶電顆粒移向反向電極，放電而形成沉積層，經(jīng)高溫煅燒即得到納米TiO2 薄膜電極。電泳沉積法的主要優(yōu)點是可以快速得到相對較厚的沉積膜、界面光滑缺陷小、可以直接制備復雜形狀的薄膜電極，具有易吸附染料的多孔結(jié)構(gòu)。但薄膜與導電玻璃基底結(jié)合不牢，易脫落，影響了電池的性能。 謝冰等 [11]研究了 TiO2 粉末在不同溶劑中的 懸浮液穩(wěn)定性，使用正丁醇作為有機溶劑進行電泳成膜，探討了電壓、時間、濃度和添加聚乙二醇等不同條件對膜沉積量的影響。試驗結(jié)果表明，基體上的沉積量與外加電壓和時間近似成線性關系，隨著懸浮液濃度的提高而增大。在添加粘結(jié)劑聚乙二醇的情況下，可以增加 TiO2，薄膜的沉積量。 劉煒華 [8]等分別用溶膠凝膠法、電泳法以及溶膠凝膠一電泳復合法制備了TiO2 薄膜電極。通過比較發(fā)現(xiàn)使用溶膠電泳復合法制得的 TiO2 薄膜電極既解決了膜脫落問題，又可吸附較多的染料，綜合了溶膠法和電泳法的優(yōu)點。所制備的薄膜電極用于染料敏化太陽電池， 開路電壓達 0． 7V，短路電流達 ，填充因子達 0． 55，效率達 3． 14％，遠遠高于其他兩種方法所制得電池的效率。 磁控濺射法：磁控濺射沉積法是在陰極 (金屬 Ti 靶 )和陽極 (導電玻璃 )施加正交磁場和電場，在 Ar 和 O2 氛圍下將靶材表面原子濺射出來，沉積到導電玻璃基片上，得到 TiO2 薄膜電極。雖然可制備連續(xù)大面積的納米 TiO2 薄膜，但結(jié)構(gòu)致密、比表面積小，不利于染料吸附。 李海玲等 [13]采用中頻磁控濺射法與弧抑制技術相結(jié)合制備出了廉價、大面積并且膜與幸寸底結(jié)合牢固的 TiO2 薄膜，討論了襯底材 料、薄膜厚度、摻雜類型等參數(shù)對光學性能的影響。用此方法制備 TiO2 薄膜可以大面積連續(xù)生產(chǎn)，具有廉價、與襯底結(jié)合牢固、方便應用等優(yōu)點，有利于 DSSC 的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。 除上述幾種主要制備方法外，還有模板法 (Templating Method)、超聲輔助法(UltrasonicAssistant Method)，液相沉積法 (Liquid PhaseDeposition)、反膠束法(Reverse Micellar Method)等。 淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 8 不同制備方法的分析比較： 傳統(tǒng)的溶膠凝膠法和電泳沉積法有互補的優(yōu)點和局限性，溶膠凝 膠一電泳復合法綜合了兩者各自的優(yōu)點，制得的 TiO2，薄膜電極既較好地解決了膜脫落問題，又可吸附較多的染料，提高了光電轉(zhuǎn)換效率。 水熱合成法對設備要求不高、容易操作，其水熱熟化過程還可以控制產(chǎn)物的結(jié)晶和長大，因而使納米 TiO2 的粒徑、分布以及薄膜的孔隙率等成為可控因素，對于提高 DSSC 光電轉(zhuǎn)換性能意義十分重大。其局限性是耗時較長，必須進行高溫和高壓處理，限制了基底材料的選用。 磁控濺射法由于是直接對原子進行操作，薄膜能夠牢固地附著在基底上，TiO2，顆粒的大小及尺寸分布可以通過調(diào)整兩電極間的電壓、電流和氣體壓 力等條件來控制。另一個優(yōu)點是易于進行大面積的均勻鍍膜，對 DSSC 的大面積化和產(chǎn)業(yè)化提供了可靠的技術支持。此外，該法便于進行摻雜，這對光陽極的修飾具有非常重要的意義。但是磁控濺射得到的薄膜太致密，低比表面積不利于染料分子的吸附，其廣泛應用還受一定限制。 光陰極材料 光陰極材料：陰極在染料敏化太陽能電池中也發(fā)揮著重要的作用。在實際工作中，染料敏化太陽能電池由于有電流通過陰極，產(chǎn)生極化現(xiàn)象，形成超電勢，引起電勢的損失，降低了電池的性能。因此，陰極的制備一般用導電玻璃片作為基體，采用不同方法鍍上石墨、鉑 或?qū)щ娋酆衔锏炔煌牧?，其中鍍鉑的效果較好。 電解質(zhì) 電解質(zhì)擔負著復原染料，傳輸電荷，改變 TiO染料及氧化還原電對的能級，改變體系的熱力學和動力學特性等重要作用，因此，電解質(zhì)的組成及溶劑配方對太陽能電池的效率有很大影響。為了提高電池的效率，要求電解質(zhì)中還原劑必須能迅速地還原染料正離子，而自身還原電位要低于電池電位。液態(tài)電解質(zhì)含有易揮發(fā)的有機溶劑，對電池的長期穩(wěn)定性有很不利的影響。解決的方法是使用不揮發(fā)、穩(wěn)定、電導率高的離子液體，或者加入高分子凝膠劑，成準固態(tài)的凝膠高分子，這既保持了液體體系的 高導電性和高轉(zhuǎn)換效率 , 又降低了溶劑的揮發(fā)和滲漏，從而提高了壽命。全固態(tài)染料敏化太陽能電池也是研究的熱點。目前，人們主要對 P 型半導體、導電聚合物和空穴傳輸有機分子這三大類性能良好的固體電解質(zhì)進行了研究。 中科院物理所與日本東京大學合作利用融鹽與 p 型 Cu I 半導體的復合體系組裝的固態(tài)染料太陽能電池的效率達到了 3. 8%[ 1 ] ， Tennakone 等 [ 2 ]用 4CaB r3S(C4H9 ) 2的聚合物性質(zhì)優(yōu)化了接觸，提高了電池性能，從一個側(cè)面說明了聚合物電解質(zhì)的優(yōu)勢， 但η最高只有 5 %左右 [ 3 ] 。 由于液態(tài)電解質(zhì)在封裝上的技術困難，人們開發(fā)了無機半導體體系的固態(tài)電解質(zhì)、有機空穴傳輸材料和高分子電解液體系等。與液態(tài)電解質(zhì)相比，固態(tài)染料染料敏化太陽能電池底工作機理 9 敏化太陽能電池敏化劑的氧化還原電位，可以和空穴導體的工作函數(shù)更好的匹配，所以固態(tài)染料敏化太陽能電池獲得的 Uoc 值很高，可以達到接近 1V。以固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解液應用于染料敏化太陽能電池，可以提高和改善電池的長期穩(wěn)定性。 敏化劑 敏化劑：敏化劑吸收太陽光產(chǎn)生光致分離，它的性能直接決定太陽電池的光電性能。新的敏化劑使吸收長波的能力增加，并且具有很高的光學橫斷面和 吸收近紅外光的能力。 按其結(jié)構(gòu)中是否含有金屬原子或離子，敏化劑分為有機和無機兩大類。無機類敏化劑包括釕、鋨類的金屬多吡啶配合物、金屬卟啉、金屬酞菁和無機量子點等；有機敏化劑包括天然染料和合成染料。 敏化染料分子的性質(zhì)是電子生成和注入的關鍵因素，作為光敏劑的染料須具備以下條件： ①對二氧化鈦納米晶結(jié)構(gòu)的半導體電極表面有良好的吸附性， 即能夠快速達到吸附平衡，而且不易脫落； ②在可見光區(qū)有較強的、盡量寬的吸收③染料的氧化態(tài)和激發(fā)態(tài)要有較高的穩(wěn)定性； ④激發(fā)態(tài)壽命足夠長， 且具有很高的電荷傳輸效率，這將延長電子 空穴分離時間， 對電子的注人效率有決定性作用； ⑤具有足夠負的激發(fā)態(tài)氧化還原電勢，以保證染料激發(fā)態(tài)電子注入二氧化鈦帶。 染料敏化太陽能電池有潛力的幾類 染料敏化納米晶太陽能電池 敏化的納米晶 TiO2 電極是染料敏化太陽能電池的關鍵部分，其性能直接關系到太陽能電池的總效率。在制備技術方面，基于傳統(tǒng)的刮涂制膜技術和逐層沉積制備技術，由于操作的復雜性和技術掌握的難度，是光陽極制備的瓶頸問題。絲網(wǎng)印刷技術由于其大面積制備的可操作性，是實現(xiàn)未來工業(yè)化不錯的手段，但同樣存在技術操作復雜的缺點，同時 其規(guī)模制備所需條件依然需要改進和優(yōu)化在染料敏化上，尋找低成本、性能良好的染料成為當前研究的一個熱點。 總之，通過光敏化，獲得較寬的可見光譜響應范圍，快速的電子傳輸，優(yōu)越的電子散射系數(shù)，增強的光收集效率以及優(yōu)越的抑制電荷復合性能的多孔膜將是未來TiO2 光陽極研究的方向。 纖維狀無 TCO 染料敏化太陽能電池 纖維狀無 TCO 染料敏化太陽能電池 (fibertype TCOless dye sensitized solar cell)，這種太陽能電池是將染料敏化太陽 能電池層，環(huán)繞著一根長 厘米 (cm)、直徑 9 毫米 (mm)玻璃纖維所組成。 淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 10 其研究人員將一層氧化鈦一層敏化顏料，以及一層多孔鈦 (