柔性TiO2/ZnO复合光阳极制备及染料敏化太阳能电池应用

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太阳能电池是一种将光能转化成为电能的装置,是解决当今化石能源逐渐枯竭和环境污染的有效方法之一。染料敏化太阳能电池作为新型第三代太阳能电池,因其有结构简单,成本低廉,环境友好和制备工艺简单等特点,一直是当今研究的热点。与传统染料敏化太阳能电池相比,柔性染料敏化太阳能电池是将原本的玻璃导电基底转变成柔性导电基底,有着更加方便地使用条件和更广的应用范围,但是光电转化效率较低。光阳极是提高染料敏化太阳能电池光电转化效率的关键,Ti O2纳米颗粒其具有较高的化学稳定性,无毒环保等特点被常用来作为光阳极。柔性染料敏化太阳能电池导电基底一般分为金属和高分子材料两种材质,近年来,研究人员研究纳米多孔Ti O2薄膜在高分子导电基底上制备的工艺,如溶胶-凝胶法、电泳沉积法和磁控溅射法等。但这些方法目前存在Ti O2晶粒与柔性高分子基底的黏结性较差的问题。而金属柔性导电基底因为能够进行高温煅烧,所以能够避免上述问题。因此,本文以柔性钛箔为导电基底,利用阳极氧化法在钛箔上生成规则的Ti O2纳米管阵列,利用不同的方法在Ti O2纳米管阵列上复合Zn O,以此来提高电池的光电转化效率,主要工作如下:(1)采用二次阳极氧化法,在柔性钛箔上制备锐钛矿型Ti O2纳米管阵列。优化了氧化反应的时间、电解质浓度以及阳极氧化产物处理的一些细节。确定了Ti O2纳米管阵列最佳的生长时间为两次阳极氧化都为2h,电解质为乙二醇+2vol%去离子水+0.5wt%NH4F。采用水浴法和连续水浴法两种方法在Ti O2纳米管阵列上复合Zn O纳米棒,研究表明,由连续水浴法制备的Ti O2/Zn O复合光阳极所得的晶相取向性更为一致,结合柔性石墨对电极所组成的电池光电性能更好。所得电池的开路电压、短路电流密度、填充因子和光电转化效率分别为0.41 V、0.19 m A/cm~2、0.27和2.15%。(2)在二次阳极氧化法制备Ti O2纳米管阵列的基础上,通过低温电化学沉积法制备Ti O2/Zn O复合光阳极。控制相同的电化学沉积电位,分别在30min、60min、90min、120min和150min时间内进行电化学沉积,找出最佳的光电性能对应的生长时间。结果表明,电化学沉积时间为90min时,光电性能最好。所得电池的开路电压、短路电流密度、填充因子和光电转化效率分别为0.63 V、0.32m A/cm~2、0.27和5.45%。(3)采用低温电化学沉积法,在前文的基础上,控制电化学沉积时间为90min,分别在-0.8V、-1.0V和-1.2V沉积电位下进行电化学沉积,找出最佳的光电性能对应沉积电位。结果表明,电化学沉积电位为-1.0V时,光电性能最好。
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