纳米TiO2膜电极的制备及光电性能研究

作     者：吴婷 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨玉林

授予年度：2007年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 070301[理学-无机化学] 

主      题：太阳能电池 纳米TiO2 多孔纳米TiO2膜电极 敏化剂 光电转换 

摘      要：纳米TiO太阳能电池具有成本低的优点,近十几年来引起了各国科学家的广泛关注。多孔纳米TiO薄膜和染料敏化剂是电池体系中最重要的部分。本文以水热法合成了纳米TiO粒子,优化了多孔纳米TiO薄膜电极的涂膜工艺,同时合成了[RuL(NCS)]·2HO(L代表4,4’-二羧酸2,2’-联吡啶)敏化剂,并对纳米TiO太阳能电池的光电性能进行了测试。 以钛酸异丙酯为原料,在稀硝酸环境下缓慢水解,得到TiO前驱体,在水热条件下结晶,合成了锐钛矿型纳米TiO粒子。对其进行了XRD、比表面、孔径、粒度、Zeta电位的测试和分析。并用自制的纳米TiO粒子在导电玻璃基片上涂膜,优化了涂膜工艺,并对表面有裂纹的多孔纳米TiO膜电极进行了后处理。得到了表面平整,微观上有微孔的多孔纳米TiO膜电极。 以二联吡啶羧酸酯和RuCl·xHO为原料,在无水无氧条件下,合成了[RuL(NCS)]·2HO敏化剂,并对其进行红外吸收光谱和紫外-可见吸收光谱的测试,结果表明,[RuL(NCS)]·2HO敏化剂在530nm处出现强吸收峰,这恰好在太阳光最佳的波长范围内。 考查了未经后处理和、经两种方法后处理的多孔纳米TiO膜电极对太阳能电池的影响。结果表明,经过后处理的多孔纳米TiO膜电极较未经后处理的多孔纳米TiO膜电极的光电性能要好,以第二种方法后处理的多孔纳米TiO膜电极为最佳。考查了[RuL(NCS)]·2HO、酞菁铜和磷钼钒杂多蓝三种不同的敏化剂,对太阳能电池电池性能的影响。结果表明,[RuL(NCS)]·2HO的敏化效果最好,酞菁铜次之,磷钼钒杂多蓝的敏化性能最差。考查了铂电极和金电极对太阳能电池电池性能的影响。结果表明,铂电极的性能要优于金电极。得到了太阳能电池的最佳条件:采用方案2后处理的多孔纳米TiO膜电极,以自制的[RuL(NCS)]·2HO为敏化剂,以溅射于硅基片上的铂电极为背电极。光电性能参数为:开路电压Voc=0.46V,短路电流Isc=0.37mA,填充因子FF=0.56,光电转化效率η=0.19%。