染料敏化太阳能电池电极材料的性能研究

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染料敏化太阳能电池因其低廉的制作成本,简单的工艺以及稳定的性质,逐渐成为人们重视的一种新型太阳能电池。作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分,光阳极与对电极性能的好坏对于电池效率会产生重要影响,成为太阳能研究方向的一个热点。本文主要对光阳极和对电极开展相应的研究工作。1.研究了TiO2薄膜光阳极制备工艺及对转换效率的影响。采用多种制备方法研制了TiO2薄膜光阳极,并对影响光电转换效率的因素如成分组成、薄膜厚度、退火温度等进行了探索。研究结果表明:采用丝网印刷技术制备TiO2薄膜电极能够控制薄膜的厚度、均匀度,制备的TiO2薄膜形貌较好;在薄膜中加入分散剂能够有效阻止TiO2团聚的发生,提高薄膜的透明度以及染料吸附性,光电转换效率提高到1.6%;通过优化薄膜厚度,转换效率达到2.6%。2.探索了CNT掺杂对光阳极性能的影响。通过SEM、EDS以及光电性能测试,分析CNT的掺杂对电池光电效率的影响。实验结果表明:当CNT的添加量为0.4wt%,光电转换效率能够达到2.56%;对CNT进行酸性处理,能够提高它与TiO2的结合能力,使得光电转换效率从2.56%提升到2.84%。这一结果证明了添加分散均匀的适量CNT,能够提高电池的光电转换效率。3.研究了不同对电极材料和制备工艺对电池性能的影响。分别探讨了采用碳黑、CNT以及铂等材料对电池光电转换效率的影响。研究结果表明:采用碳黑作为对电极,组装的电池效率很低,光电压、光电流分别只有0.51V和2.1mA,而采用CNT作为对电极,光电压、光电流分别提高到0.69V和5.8mA,填充因子在0.47,转换效率达到1.88%,相比成本高昂的Pt对电极,纯度不高的CNT对电极能够有效降低对电极的成本。最后将掺杂CNT的光阳极与CNT对电极进行组装测试,测得电池的光电流与光电压分别为0.72V和8.1mA,填充因子为0.51,光电转换效率为2.98%,相比没有掺杂CNT的电池,转换效率提高了10%。通过在两电极间引入碳纳米管,能够提高电池转换效率,这提出了电极制备新的研究方向。
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