论文部分内容阅读
传统染料敏化太阳能电池（DSSC）的光阳极及对电极材料以TiO2纳米颗粒和Pt居多。TiO2纳米颗粒光阳极晶界多，电子需要经过数量极多的纳米晶才能传输到外电路，所以使得电子在阳极膜中的扩散速率较慢，而且众多的缺陷和表面态，使得光生电子易与电解质中的I3ˉ复合，降低了电子收集效率，影响电流密度的增加，从而限制了DSSC光电转换效率的进一步提高；Pt虽然具有对碘电解液体系电池优异的催化活性、高电导率和高稳定性等优点，但是价格昂贵：二者均不利于DSSC的长远发展。有序的TiO2纳米线阵列能够为电子提供直接快速的传输通道，增加电子传输速率和电子收集效率，并且TiO2纳米线阵列具有优异的光散射能力，能提高电池对光的利用率，从而提高电流密度；由TiO2量子点制成的致密阻挡层能有效抑制暗反应，减少电子在传输过程中的损耗，增加电子的传输速率和电子寿命，增大开路电压和短路电流，从而提高电池光电转换效率；而由Pt-Ni和Pt-Co纳米合金制备的Pt-NiO和Pt-Co3O4对电极，具有优异的催化性能，价格低廉且制备方法简单。 针对上述问题，本文的研究内容及结果如下： 1）以Ti片为基板，通过水热反应在Ti片表面制备了垂直于Ti基板的，具有疏松结构的超长的3DTiO2纳米线网络（TNWs），经过质子交换、烧结、剥离等处理过程，将其转移到导电玻璃上制备电池光阳极。通过水热反应时间来控制TNWs的形貌及膜厚度。TNWs光阳极具有有序，电子复合少，电子传输速度快，电子寿命长等优势，将3DTNWs光阳极组装到DSSC中，在水热反应时间为24h时，获得了光电转换效率高达8.05％的DSSC； 2）通过水热反应在十八胺长链保护下合成了平均粒径为3.6nm的TiO2量子点，旋涂在导电玻璃上形成致密的阻挡层，通过旋涂次数来控制阻挡层的厚度，研究了阻挡层厚度对抑制暗反应的影响。此结构的阻挡层能大幅降低电池暗反应，减少电子复合，增加电子传输速率和电子寿命，提高开路电压和短路电流，从而有效的提高电池光电转换效率，电池效率从7.10%到9.43%，提高了32.82%； 3）通过热分解法在十八胺长链保护下，合成了一系列Pt-Ni、Pt-Co纳米合金，旋涂于导电玻璃表面，热处理后制备成了Pt-NiO和Pt-Co3O4对电极。所合成的Pt-Ni和Pt-Co纳米合金中，Pt的原子百分比仅为35%，比纯Pt对电极少了65%Pt用量，电化学性能测试表明此类对电极具有与纯Pt对电极相似的优异的催化活性和稳定性。Pt-NiO对电极的光电转换效率达到9.48%，与纯Pt对电极的9.42%相差无几。并且此结构的对电极完全透明，可运用于组装双面电池。