【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 效率，研究制備高效的光陽(yáng)極是該領(lǐng)域迫切需要研究的重點(diǎn)問(wèn)題。溶膠凝膠法：通過(guò)水解鈦的醇鹽或氯化物前驅(qū)體得到無(wú)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(guò)干燥焙燒后制得納米 TiO2 薄膜電極。對(duì) 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(kuò)散[9]，造成光電轉(zhuǎn)換效率低下，在 DSSC 中的應(yīng)用受到限制。水熱合成法：是溶膠凝膠法的改進(jìn)，通過(guò)水解鈦的醇鹽或氯化物前驅(qū)體得到無(wú)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(dǎo)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(jìn)行的水熱熟化過(guò)程來(lái)控制產(chǎn)物的結(jié)晶和長(zhǎng)大，進(jìn)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。染料敏化太陽(yáng)能電池底工作機(jī)理7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(duì)所得 TiO2 粉體的晶相組成、粒徑分布等性質(zhì)進(jìn)行了表征，探討了反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間等條件對(duì)粉體晶型及粒徑的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著反應(yīng)溫度的增高和反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，粉體的結(jié)晶更完整；較低的反應(yīng)溫度(180~C)對(duì)粉體粒度分布影響不大；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在 5h 以下時(shí)，對(duì)粉體粒徑分布基本沒(méi)有影響，隨著反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，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(duì)電極光電性能、I3ˉ極限擴(kuò)散電流的影響。檢測(cè)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(kuò)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(fù)雜形狀薄膜材料的方法，近年來(lái)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(diǎn)是可以快速得到相對(duì)較厚的沉積膜、界面光滑缺陷小、可以直接制備復(fù)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(dǎo)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(jī)溶劑進(jìn)行電泳成膜，探討了電壓、時(shí)間、濃度和添加聚乙二醇等不同條件對(duì)膜沉積量的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，基體上的沉積量與外加電壓和時(shí)間近似成線性關(guān)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(fù)合法制備了TiO2 薄膜電極。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)使用溶膠電泳復(fù)合法制得的 TiO2 薄膜電極既解決了膜脫落問(wèn)題，又可吸附較多的染料，綜合了溶膠法和電泳法的優(yōu)點(diǎn)。所制備的薄膜電極用于染料敏化太陽(yáng)電池，開(kāi)路電壓達(dá) 0．7V ，短路電流達(dá)，填充因子達(dá) 0．55，效率達(dá) 3．14％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yáng)極(導(dǎo)電玻璃)施加正交磁場(chǎng)和電場(chǎng)，在 Ar 和 O2 氛圍下將靶材表面原子濺射出來(lái)，沉積到導(dǎo)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(shù)相結(jié)合制備出了廉價(jià)、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(lèi)淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文8型等參數(shù)對(duì)光學(xué)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(jià)、與襯底結(jié)合牢固、方便應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，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。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(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)和局限性，溶膠凝膠一電泳復(fù)合法綜合了兩者各自的優(yōu)點(diǎn)，制得的 TiO2，薄膜電極既較好地解決了膜脫落問(wèn)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(duì)設(shè)備要求不高、容易操作，其水熱熟化過(guò)程還可以控制產(chǎn)物的結(jié)晶和長(zhǎng)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(duì)于提高 DSSC 光電轉(zhuǎn)換性能意義十分重大。其局限性是耗時(shí)較長(zhǎng)，必須進(jìn)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(duì)原子進(jìn)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(guò)調(diào)整兩電極間的電壓、電流和氣體壓力等條件來(lái)控制。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是易于進(jìn)行大面積的均勻鍍膜，對(duì) DSSC 的大面積化和產(chǎn)業(yè)化提供了可靠的技術(shù)支持。此外，該法便于進(jìn)行摻雜，這對(duì)光陽(yáng)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(yīng)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(yáng)能電池中也發(fā)揮著重要的作用。在實(shí)際工作中，染料敏化太陽(yáng)能電池由于有電流通過(guò)陰極，產(chǎn)生極化現(xiàn)象，形成超電勢(shì)，引起電勢(shì)的損失，降低了電池的性能。因此，陰極的制備一般用導(dǎo)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(dān)負(fù)著復(fù)原染料，傳輸電荷，改變 TiO染料及氧化還原電對(duì)的能級(jí)，改變體系的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性等重要作用，因此，電解質(zhì)的組成及溶劑配方對(duì)太陽(yáng)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(jī)溶劑，對(duì)電池的長(zhǎng)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(dǎo)率高的離子液體，或者加入高分子凝膠劑，成準(zhǔn)固態(tài)的凝膠高分子，這既保持了液體體系的高導(dǎo)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(yáng)能電池也是研究的熱點(diǎn)。目前，人們主要對(duì) P 型半導(dǎo)體、導(dǎo)電聚合物和空穴傳輸有機(jī)分子這三大類(lèi)性能良好的固體電解質(zhì)進(jìn)行了研究。 中科院物理所與日本東京大學(xué)合作利用融染料敏化太陽(yáng)能電池底工作機(jī)理9鹽與 p 型 Cu I 半導(dǎo)體的復(fù)合體系組裝的固態(tài)染料太陽(yáng)能電池的效率達(dá)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(gè)側(cè)面說(shuō)明了聚合物電解質(zhì)的優(yōu)勢(shì)， 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(shù)困難，人們開(kāi)發(fā)了無(wú)機(jī)半導(dǎo)體體系的固態(tài)電解質(zhì)、有機(jī)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)染料敏化太陽(yáng)能電池敏化劑的氧化還原電位，可以和空穴導(dǎo)體的工作函數(shù)更好的匹配，所以固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池獲得的 Uoc 值很高，可以達(dá)到接近 1V。以固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解液應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池，可以提高和改善電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 敏化劑敏化劑：敏化劑吸收太陽(yáng)光產(chǎn)生光致分離，它的性能直接決定太陽(yáng)電池的光電性能。新的敏化劑使吸收長(zhǎng)波的能力增加，并且具有很高的光學(xué)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(jī)和無(wú)機(jī)兩大類(lèi)。無(wú)機(jī)類(lèi)敏化劑包括釕、鋨類(lèi)的金屬多吡啶配合物、金屬卟啉、金屬酞菁和無(wú)機(jī)量子點(diǎn)等；有機(jī)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(guān)鍵因素，作為光敏劑的染料須具備以下條件： ①對(duì)二氧化鈦納米晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體電極表面有良好的吸附性， 即能夠快速達(dá)到吸附平衡，而且不易脫落； ②在可見(jiàn)光區(qū)有較強(qiáng)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(zhǎng)， 且具有很高的電荷傳輸效率，這將延長(zhǎng)電子空穴分離時(shí)間， 對(duì)電子的注人效率有決定性作用； ⑤具有足夠負(fù)的激發(fā)態(tài)氧化還原電勢(shì)，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(yáng)能電池有潛力的幾類(lèi) 染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池敏化的納米晶 TiO2 電極是染料敏化太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵部分，其性能直接關(guān)系到太陽(yáng)能電池的總效率。在制備技術(shù)方面，基于傳統(tǒng)的刮涂制膜技術(shù)和逐層沉積制備技術(shù)，由于操作的復(fù)雜性和技術(shù)掌握的難度，是光陽(yáng)極制備的瓶頸問(wèn)題。絲網(wǎng)印刷技術(shù)由于其大面積制備的可操作性，是實(shí)現(xiàn)未來(lái)工業(yè)化不錯(cuò)的手段，但同樣存在技術(shù)操作復(fù)雜的缺點(diǎn)，同時(shí)其規(guī)模制備所需條件依然需要改進(jìn)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(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。 總之，通過(guò)光敏化，獲得較寬的可見(jiàn)光譜響應(yīng)范圍，快速的電子傳輸，優(yōu)越的電子散射系數(shù)，增強(qiáng)的光收集效率以及優(yōu)越的抑制電荷復(fù)合性能的多孔膜將是未來(lái) TiO2 光陽(yáng)極研究的方向?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文10 纖維狀無(wú) TCO 染料敏化太陽(yáng)能電池纖維狀無(wú) TCO 染料敏化太陽(yáng)能電池(fibertype TCOless dy