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作为染料敏化太阳电池(DSC)重要组成部分之一的纳米TiO2多孔薄膜电极,不仅影响着染料敏化剂的吸附和电子在多孔薄膜中的转移输运,而且还影响着入射光在多孔薄膜内的传输。研究电子在多孔薄膜电极界面传输和转移,优化多孔薄膜电极性能,加快电子在多孔薄膜内的传输速率和提高电子收集效率是本论文的研究重点和目标。
论文开篇介绍了DSC的最新研究进展,详细讲述了DSC系统内部四个主要界面的微观特性。第二章中重点阐述了接触界面的形成过程,纳米薄膜电极界面优化的研究进展以及界面上电子传输转移的表征测试方法。
论文第三章首先从纳米TiO2多孔薄膜的光学性能、电子传输性能和电池性能等方面,研究分析了纳米TiO2浆料中有机添加剂乙基纤维素对烧结得到的纳米多孔薄膜微结构的影响,进而重点研究其对薄膜内TiO2颗粒/颗粒和TiO2薄膜/TCO基底界面的影响,并对乙基纤维素影响DSC光伏性能做了机理分析。其次,从纳米TiO2薄膜吸收边移动和平带电势移动的角度,分析了电池开路电压变化,并优化了纳米TiO2浆料中松油醇的比例。结合电子在界面处的传输性能及电池的光伏性能,获得了纳米TiO2浆料中乙基纤维素、松油醇和TiO2的优化质量比。
论文第四章,借助DTA-TGA热分析手段,研究了纳米TiO2浆料的热变化情况,确定了浆料中吸附水脱附及有机物的氧化分解区间,为制定纳米TiO2多孔薄膜烧结工艺提供了参考。本章重点是将烧结理论和电子在DSC中传输动力学相结合,通过分析TiO2颗粒/颗粒和TiO2颗粒/TCO基底间的接触颈部(烧结颈部)的形成与变化,详细研究了烧结温度、保温时间和颗粒尺寸对纳米TiO2颗粒间电性接触、电子传输复合和电池光伏性能的影响。同时,研究了升温速率及升温过程中温度对电池性能的影响。
通过调整乙基纤维素、松油醇等有机添加剂及薄膜烧结工艺,研究了纳米TiO2多孔薄膜微结构变化及电子在TiO2颗粒/颗粒和TiO2颗粒/TCO基底传输与转移过程,获得了优化的质量比和烧结工艺。本文研究结果为大面积高效DSC中纳米多孔薄膜电极的制作提供实验依据和理论指导。