新型纳米结构太阳能电池的制备及性能表征

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染料敏化太阳能电池(DSSC)是第三代薄膜太阳能电池中发展的较为成熟的太阳能电池。与传统的硅晶太阳能电池相比,它具有成本低、来源广泛、制备工艺简单等优点,所以近些年来备受关注。但是其自身也存在着一定的缺陷,如现在公认的使用效果最好的N719染料制备过程比较复杂,且钉金属价格昂贵,有机染料对近红外光区吸收相对较弱,染料激发寿命短、稳定性差等。所以,研究和开发新的材料来代替有机染料是DSSC发展的一个方向和趋势。本课题研究重点为利用Sb2S3纳米粒子代替有机染料作为敏化剂制备TiO2-Sb2S3共敏化基太阳能电池,并对其性能和效率进行研究探讨;制备层状钙钛矿型有机-无机金属卤化物薄膜并与多孔Ti02组成复合光阳极,研究复合光阳极对增加电子捕获能力,抑制光生电子-空穴的复合及提高光电转换效率的意义。主要研究内容包括以下三个方面:(一)对染料敏化太阳能电池制备过程中最佳条件的选择研究。通过利用不同尺寸的Ti02浆料制备光阳极,不同的光阳极后处理方法,不同的染料以及不同的封装方法制备出不同的DSSC,经过对比研究,得出制备DSSC的最佳条件为:采用20nm TiO2纳米颗粒与200nm TiO2纳米颗粒组成复合薄膜电极;复合电极使用TiCl4或Ti02溶胶后处理;浸泡含有鹅去氧胆酸共吸附剂CDCA的N719染料;使用双面胶封装。在最佳条件下制备的染料敏化太阳能电池的光电流密度为13.10mA·cm·2,光电转化效率为5.4%,较之前提高了2%-3%左右。(二)采用化学沉积法制备Sb2S3纳米粒子,并与多孔Ti02组成TiO2-Sb2S3复合光阳极,分别以P3HT和固态电解质CuSCN作为空穴传输层,以Ag为对电极组装Sb2S3量子点敏化太阳能电池。使用XRD、SEM、TEM、UV-Vis等对复合电极进行表征测试。测量出FTO/TiO2/Sb2S3/P3HT/PEDOT/Ag结构太阳能电池和FTO/TiO2/Sb2S3/CuSCN/Ag结构太阳能电池光电转化效率分别为0.34%和0.47%。(三)分别使用旋涂法和分步沉积法在多孔Ti02薄膜上制备层状钙钛矿型有机-无机金属卤化物薄膜,并以spiro-OMe-TAD作为空穴传输层,以Ag为对电极,分别组装不同的层状钙钛矿型有机-无机杂化太阳能电池。使用XRD、SEM、EDX、 TEM、UV-Vis、TG-DSC等对复合电极进行表征测试。采用旋涂法制备的FTO/TiO2/CH3NH3PbI2Cl/Spiro-OMe-TAD/Ag电池光电转化效率分别为0.28%和0.71%。采用分步沉积法制备的FTO/TiO2/CH3NH3PbI2Cl/Spiro-OMe-TAD/Ag结构电池、FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/Spiro-OMe-TAD/Ag结构电池光电转化效率分别为1.13%和1.80%。
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