基于TiO<,2>/ZnO复合光阳极的染料敏化太阳能电池的研究

• 作 者: 刘传标
• 机 构: 广东工业大学
• 出 处: 广东工业大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 染料敏化太阳能电池 ZnO纳米花 TiO2复合光阳极 电化学阻抗谱 封装工艺

染料敏化太阳能电池((Dye-sensitized solar cells,简称DSSC)是一种新型的光电化学电池,以其成本低、制备工艺简单而受到世界各国研究者的广泛关注。本文对染料敏化太阳能电池的结构、原理、发展趋势和研究现状进行了分析。光阳极是DSSC的核心部件,本文重点研究光阳极的结构、组成以及电池的封装工艺技术对染料敏化太阳能电池的影响,其主要工作为:　　
采用水浴法,以六水合硝酸锌、六次甲基四胺和KOH为主要原料,制备了ZnO纳米花；以乙酸锌、六次甲基四胺等为原料制备了ZnO纳米棒。然后采用手术刀法制备了三种不同结构的光阳极,即:FTO/TiO2致密膜/ZnO纳米花光阳极、FTO/ZnO纳米化和TiO2纳米颗粒复合光阳极、FTO/ZnO纳米棒和TiO2纳米颗粒复合光阳极。用热封薄膜和环氧树脂两种不同的封装工艺组装DSSC,通过SEM、XRD、J-V特性测试和电化学阻抗谱测试等手段对光阳极的形貌,电池的特性参数和电池的阻抗特性等进行了分析。得出如下结论:　　
(1)ZnO纳米花/TiO2纳米颗粒复合光阳极中ZnO纳米花和TiO2纳米颗粒的质量比对电池的性能有较大的影响,当ZnO和TiO2的比例为83:17时,电池的短路电流密度11.0mA/cm2,开路电压0.55V,填充因子0.53,电池的转化效率达到3.2％。　　
(2)采用环氧树脂封装的电池,随着TiO2在复合薄膜中的比例增大时,开路电压逐渐增大,但是短路电流密度减小,当ZnO纳米棒和TiO2纳米颗粒的质量比为50:50时,电池的转化效率为2.4％。　　
(3)电子在光阳极中的传输和复合阻抗是影响染料敏化电池总阻抗的主要因素,电子的传输复合阻抗越大,电池的短路电流密度越小。复合光阳极中ZnO有利于提高电子寿命和减小电子的传输和复合阻抗。　　
(4)FTO/ZnO薄膜电极含有两个界面,对应两个界面阻抗,一个是FTO与ZnO的接触电阻,另一个是ZnO与电解质界面的电荷转移电阻。在外加正偏压下,FTO/ZnO的接触电阻增大,ZnO/电解质界面的电荷转移电阻减小；在外加负偏压下,阻抗弧半径逐渐减小。　　
(5)电池的组装工艺对电池的短路电路密度有比较大的影响,组装过程中电解液与光阳极和对电极的良好接触是至关重要的。