文档介绍：河南大学
硕士学位论文
Er+3掺杂TiO2电极的染料敏化太阳能电池的性能研究
姓名:李飞涛
申请学位级别:硕士
专业:光学工程
指导教师:顾玉宗
2011-05
摘要
到 2050 年,人类对能源的消耗量将是现在一倍多,到本世纪末将达到 3 倍左右。
政治,经济和社会的稳定需要大量的能源供应。然而,全球石油的产量很快就不能满足
社会经济发展的需求,这是一个非常可怕的结果,这个问题引起了人们的日益关注。另
外,由于化石燃料燃烧后,排放出二氧化碳,引起全球变暖,而全球变暖又破坏环境的。
因此,为了减少二氧化碳的排放量,发展无碳能源以满足社会发展的需要,但是如何利
用无碳能源将成为本世纪科学发展的主要挑战之一。
毫无疑问,太阳能是最理想的无碳能源。太阳平均每年辐射到地球上的太阳能是全
球每年平均所消耗能量的一万倍,是地球上可以利用的最大清洁能源。然而为了充分利
用辐射到地球上的太阳能,我们需要发展太阳能利用技术,从经济学上来说,太阳能还
不能完全取代化石燃料。如何有效的利用丰富的,环保的太阳能并且使其以较低成本地
转换为电能是困扰广大科学家的一个难题。
在过去的十年里,染料敏化太阳能电池作为低成本的光电转换装置取代常规的无机
光电转换装置吸引了越来越多科学家的注意。在敏化太阳能电池中,二氧化钛薄膜的多
孔结构明显地增加了吸附在其表面的光敏化剂量,增加了光敏化剂的光捕获能力并且保
持了和电解质比较好的接触。染料敏化太阳能电池,光电转换的完成是通过激发态的染
料快速的将电子注入到二氧化钛的导带中,然后氧化态的染料分子被电解质还原和并将
空穴迅速地传输到其对电极。染料敏化太阳能电池已经取得了 %的光电转换效率。
然而在很长的时期内,如何使其能够长期的,高效率的,稳定的工作是一个新挑战,这
对于染料敏化太阳能电池的应用是非常重要的。
我们制备了染料敏化太阳能电池的二氧化钛光电极,并组装了染料敏化电池和对电
池的光电转换进行测试等,研究了 DSSC 半导体电极。在染料敏化太阳能电池的性能测
试的过程中,研究了在电池的对电极后加一个反射镜和不加反射镜,电解液的组成对染
料敏化太阳电池性能的影响,并研究了在染料敏化太阳能电池的光阳极掺入三氧化饵对
提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的影响,并得到了 %的光电转换效率。
主要做了以下有意义的工作:
,加入酒精,分散剂后进行搅拌,把所得的浆料涂
敷在导电玻璃上成膜,550 ℃热处理 30min 后,在 N3 染料的乙醇溶液中(5×10-4 mol L-1)
浸泡 24 小时,得到 TiO2/染料电极。用夹子把 TiO2/染料电极和镀 Pt 的电极夹紧,在两
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者之间滴加电解液,即完成染料敏化太阳能制作。在测试的时候,为了充分利用光,在
对电极的后面加一个反射镜,有利于光的充分利用,提高电池的光电转换效率。
20nm 的正方形二氧化钛纳米颗粒,加入酒精,分散剂和
掺入二氧化饵纳米颗粒进行搅拌,把所得的浆料涂敷在导电玻璃上成膜,550℃热处理
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30min 后,在 N719 染料的乙醇溶液中(5×10 mol L )浸泡 24 小时,得到 TiO2/染料
电极。用夹子把 TiO2/染料电极和镀 Pt 的电极夹紧,在两者之间滴加电解液,即完成染
料敏化太阳能制作。然后又研究了在 TiO2 电极掺入三氧化饵纳米颗粒, 对染料敏化太阳
能电池光电转换性能的影响。在 AM= 的光辐射下,染料敏化太阳能电池的光电转换
效率从 %提高到 %.
3. 研究了 TiO2 薄膜不同的退火温度,TiCl4 处理与否,不同的电解液配置,没有加
镜子和加镜子,掺 Er2O3 和没有掺 Er2O3 对电池光电转化性能的影响。结果表明,加入 Er2O3
的 TiO2 薄膜在 500℃退火 30 min 后,TiCl4 80℃处理 30min, 在 N719 染料的乙醇溶液中
(5×10-4 mol L-1)浸泡 24h 可获得较好的光电性能。当电池的有效面积为 ,氙
灯的辐照功率密度为 100mW/cm2 时,开路电压为 mV, 短路电流为 mA/cm2,
可获得 %的光电转换效率。

关键词染料敏化太阳能电池;TiO2 电极;TiO2/ Er2O3 电极;光电转换效率
II
Abstract
The worldwide demand for energy is expected to double by the year