《新能源材料》染料敏化太陽能電池

制備二氧化鈦膠體溶膠凝膠法制備：控制Ti(OCH(CH3)2)4等鈦鹽在一定條件下水解得到溶膠，經(jīng)過水熱處理使晶體生長得到TiO2納晶，進(jìn)一步加入添加劑等以制備TiO2膠體。通過控制水解和水熱過程的各種條件參數(shù)，可以調(diào)節(jié)和控制納晶多孔薄膜的微結(jié)構(gòu)。溶膠凝膠法制備二氧化鈦膠體（1）水解過程：pH=2的300ml醋酸水溶液保持在溫度為0℃左右的冰浴中。在劇烈攪拌條件下，將36mL異丙氧醇鈦與36mL異丙醇的混合溶液逐滴加入醋酸水溶液中，異丙氧醇鈦水解得到澄清透明溶液。將上述溶液在室溫下攪拌過夜。水解過程主要受酸度和溫度的影響，不同的pH值和溫度將影響初始生成的TiO2顆粒的大小。溶膠凝膠法制備二氧化鈦膠體（2）膠溶過程：將攪拌過夜后的溶液放入沙浴中，在恒溫80℃的條件下劇烈攪拌使溶液中異丙醇揮發(fā)完全。此過程能夠破壞水解過程中產(chǎn)生的TiO2聚集體，使TiO2顆粒分散均勻，形成淡藍(lán)色透明溶液。

溶膠凝膠法制備二氧化鈦膠體（3）水熱過程：淡藍(lán)色透明溶液放置到內(nèi)嵌Teflon杯的鈦制高壓釜中，在溫度為230℃的條件下水熱12小時，可得到白色的TiO2沉淀。待溶液冷卻后超聲分散30分鐘。在高溫高壓的水熱條件下TiO2顆粒重新溶解后再結(jié)晶并逐漸生長。水熱過程的溫度直接影響TiO2顆粒的粒徑分布及晶型，從而影響薄膜電極的性能。溶膠凝膠法制備二氧化鈦膠體（4）濃縮過程：水熱過程后得到的5％TiO2膠體溶液，在溫度為120℃的沙浴中不斷攪拌蒸發(fā)，得到最終固含量約為12-17％的TiO2膠體溶液。在較低溫度下攪拌蒸發(fā)使TiO2膠體溶液中的一部分水和醋酸蒸發(fā)掉，以增加膠體的固含量，調(diào)節(jié)所涂膜的厚度。固含量太低時，膠體的粘度小，涂膜時發(fā)生薄膜收縮現(xiàn)象，嚴(yán)重影響薄膜的均勻性；固含量太高時，涂膜時薄膜表面出現(xiàn)凹凸不平整現(xiàn)象，薄膜的均勻性也比較差。

溶膠凝膠法制備二氧化鈦膠體溶膠凝膠制備得到的二氧化鈦TEM圖譜粉末配制法制備二氧化鈦膠體去離子水和P25粉末按質(zhì)量比89:11混合?；旌衔锍暦稚?5min，加入質(zhì)量約為P25粉末9%的乙酰丙酮以防止TiO2顆粒重新結(jié)塊，并加入質(zhì)量約為P25粉末4.5%的表面活性劑TritonX-100。加入質(zhì)量約為P25粉末30%的聚乙二醇（PEG，分子量為20，000），以增加TiO2膜的孔隙率。

粉末配制法制備二氧化鈦膠體粉末配制法得到的二氧化鈦TEM圖譜

粉末配制法制備二氧化鈦膠體TiO2可分為銳鈦型(Anatase)、金紅石型(Rutile)和板鈦型(Brookite)三種。金紅石穩(wěn)定而致密，有較高的硬度、密度、介電常數(shù)及折射率;銳鈦型為不穩(wěn)定晶型，在可見光短波部分的反射率比金紅石型二氧化鈦要高，帶藍(lán)色色調(diào)，并且對紫外線的吸收能力比金紅石型低。相同膜厚條件下，20×80nm棒狀金紅石晶型構(gòu)成的薄膜電池的開路光電壓沒有變化，其短路光電流只有銳鈦礦晶型薄膜電池的30%，金紅石晶型薄膜一方面是染料吸附量低，另一方面電子傳輸速度慢，而且金紅石晶型對染料的降解作用比銳鈦礦晶型大，會影響電池的長期穩(wěn)定性能，應(yīng)避免金紅石晶型出現(xiàn)。

二氧化鈦電極制備將導(dǎo)電基底裁成小片，采用乙醇/丙酮混合溶劑超聲15分鐘以除去基片表面的灰塵及部分表面油脂，放入加有洗滌劑的去離子水中再超聲清洗15分鐘，除去殘留的部分油脂和表面有機(jī)物。將實(shí)驗(yàn)片放入去離子水中，再次超聲清洗15分鐘，洗去含污物的洗滌劑和一些無機(jī)污染物。再用去離子水超聲15分鐘進(jìn)行漂洗，漂洗結(jié)束后，將基片置于潔凈工作臺內(nèi)，待晾干后放入異丙醇溶液中浸泡保存，需要時隨時取用。

二氧化鈦電極制備將基片清洗烘干，貼好真空膠帶以留出引線電極?；系渭覶iO2膠體，用刀片（玻棒）展開成膜，膠帶控制膜厚。膜在紅外燈下烘干，放入馬弗爐中450℃保持30min。高溫?zé)Y(jié)除去有機(jī)雜質(zhì)，形成良好的電接觸。在導(dǎo)電玻璃基片上涂膜溶膠-凝膠法制備TiO2膠體，20nm納晶顆粒。淺藍(lán)色透明。二氧化鈦薄膜TiO2互聯(lián)形成三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)N3Blackdye3.2染料染料要求：吸收盡可能多的太陽光,與納晶能帶匹配,激發(fā)態(tài)壽命長,緊密吸附在納晶表面（－COOH,-SO3H,－PO3H2）,長期穩(wěn)定性3.2染料N3染料對紅光及近紅外區(qū)的吸光能力不足。Blackdye吸光能力好,但穩(wěn)定性差。太陽光譜圖UVVisibleInfrared48%太陽光輻照強(qiáng)度

AM1.5太陽光譜氙燈光譜DSSC中N3染料的單色光響應(yīng)譜IPCE--N719dyeto16+4μmTiO2film

IPCE=83%

AM1.5(1000W/mcm2)current=16.9mA/cm2染料敏化的二氧化鈦電極染料的吸附：將納晶TiO2薄膜電極在100℃烘箱中加熱1小時后取出，隨即浸入5×10-4mol/L4，4′-二羧酸聯(lián)吡啶釕染料（順－二硫氰根-二（2，2′-聯(lián)吡啶-4，4′－二羧酸）合釕（Ⅱ））的無水乙醇溶液中，吸附12小時。取出用無水乙醇沖洗后晾干。染料的脫附：把吸附了的染料的薄膜電極在一定體積（10ml）的0.05mol/L的氫氧化鈉水溶液中浸泡120分鐘，待染料完全脫附后，用紫外-可見分光光度計(jì)（UV-120-02）室溫下測定染料脫附液在520nm的吸光度，通過測量脫附液的吸收光譜，計(jì)算薄膜電極的染料吸附量C(molcm-2)。染料敏化前后的二氧化鈦電極表面粗糙度

納晶多孔薄膜電極具有很大的比表面積，可以通過測量表面粗糙度，即電極的實(shí)際面積與幾何面積之比來反映。用已知單分子面積A0的染料分子（（順-二硫氰根－二（2，2′-聯(lián)吡啶4，4′-二羧基）合釕（Ⅱ））（已知A0約為1nm2），通過在半導(dǎo)體納晶多孔薄膜電極上的吸附再脫附來推算電極的真實(shí)面積（S），和電極的幾何面積（S0）相比即可確定表面粗糙度。

3.3斑電解質(zhì)材望料液態(tài)染隊(duì)料敏化晌太陽能銷電池效露率高,手但長闖期穩(wěn)定富性差。津0.5烏mo愈l/L釀KI前/0讓.05搜mo常l/L治I2貓/洽丙稀碳喜酸脂（圍PC）卡-乙烯塔碳酸脂吸（EC凝）混合駝溶液（振體積比過2：8霞）為電父解質(zhì)溶弓液。液態(tài)電譽(yù)解質(zhì)的當(dāng)缺點(diǎn)：(1)沃溶劑易揮松發(fā);(2)棋密封傲工藝復(fù)證雜;(3)鼠易導(dǎo)致敏獵化染料的辜脫附;(4)帶與敏化染多料作用導(dǎo)培致染料降否解;(5)劃存在其他幻玉氧化還原失反應(yīng);……3.4請電解質(zhì)固摘體化固態(tài)染料類敏化太陽勤能電池長浩期穩(wěn)定性鋼好,但效叫率低：固粱態(tài)電解質(zhì)筆粘度大,史擴(kuò)散系數(shù)兆小,多孔甘ＴｉＯ2電極僅淚有20圣ｎｍ左速右孔徑頌,固墻體電解蔽質(zhì)不容沈易填充胖并與Ｔ晴ｉＯ2及染料行取得良是好導(dǎo)電贈接觸,商業(yè)化目綢標(biāo)：電解昂質(zhì)固體化禽是提高電遷池長期穩(wěn)澇定性和使撕用壽命的文根本辦法煩。準(zhǔn)固態(tài)香染料敏盾化太陽厚能電池室：兼顧顧穩(wěn)定性療和效率僅。3.5柔喜性化重要開級發(fā)方向乏之一是搭柔性太勤陽能電圍池。柔性電委池具有伯可彎曲繩,重量控輕,隨蹲身攜帶墓方便等傷特點(diǎn)。含擴(kuò)大了脈使用范他圍。目前最慮昂貴的贏構(gòu)成材的料為透由明導(dǎo)電積玻璃(舒60%伸),私柔性電真池有利紹于降低濟(jì)成本。柔性電池悠基板不耐點(diǎn)高溫,所彩以制作電定池的關(guān)鍵時是如何不桂通過高溫嘗熱處理過跳程而得到墻高質(zhì)量的絞薄膜電極應(yīng)。準(zhǔn)固態(tài)典電解質(zhì)蒸材料采用性能凍較高、穩(wěn)爪定性較好紙的準(zhǔn)固態(tài)哭電解質(zhì)體預(yù)系，制備螺準(zhǔn)固態(tài)D禮SSC。電解質(zhì)院體系是盛I3-贊/I-喬電對，散陽離子悉是Li看+，以梨聚氧乙怪烯PE狀O（分余子量為耳2，0錘00，塔000憐）作為筒聚電解脊質(zhì)載體慘，聚氧皆乙烯上乏含有氧但乙烯單般元，能糠夠與L揚(yáng)i+進(jìn)托行絡(luò)合乖從而增次大導(dǎo)電蝕能力。配制聚合老物電解質(zhì)染：將0.濾100g奸的Li甘I和0.摘019g生I2按熟溶解在5公mL乙腈?zhèn)浜?mL剝碳酸丙稀尤酯的混合揚(yáng)溶液中，崇然后加入剩0.03悉8gP臉25粉膽體，經(jīng)超狂聲分散后數(shù)加入0.霜265g云的聚氧乙誕烯PEO環(huán)調(diào)節(jié)粘度金，最后加池入44μ戶L的四特狗丁基吡啶減，超聲分去散均勻。準(zhǔn)固態(tài)踏電解質(zhì)招材料這種準(zhǔn)固拉態(tài)電解質(zhì)龜粘度較大斑，但又具營有一定的壩流動性，袍有利于向擾TiO2數(shù)薄膜中的醋滲透和填福充。白色營的顆粒物盛是加入準(zhǔn)登固態(tài)電解費(fèi)質(zhì)中的P打25粉體蘭。3.6悠對電極的乞制備染料敏摩化太陽增能電池使的對電進(jìn)極目前詳主要是訊在導(dǎo)電駕玻璃上盡采用負(fù)倍載鉑,混提高碘杰的還原禮反應(yīng)速狗度。制備熱蠶分解鍍巨鉑對電棉極：將伍5m級moL波的H2晶PtC稈l6異鞠丙醇溶拒液滴加課到導(dǎo)電盆玻璃的谷表面，嚷待液體牌完全鋪命展成均滔勻的液瓣膜后，頸在空氣團(tuán)中晾干容，放入情380挑°C勤的馬弗捐爐中燒替結(jié)15寧mi妹n。上電述過程耍重復(fù)數(shù)鋒次可增剪加Pt擊層厚度祝。3.6茂對電枝極的制共備實(shí)驗(yàn)表付明，一忙次鍍P訓(xùn)t的對像電極表串面呈現(xiàn)額不連續(xù)列的暗黑爐色斑點(diǎn)刊或條紋揉，多次釋鍍Pt雷的對電疤極表面輩光亮如嬸鏡，這效種Pt蜘鏡效果纏的對電頁極，一騙方面對據(jù)于聚合幟物電解鞋質(zhì)中的夾氧化還弓原反應(yīng)飯起到關(guān)嘆鍵性的時催化作鬼用，使爹得氧化駁還原對沉在對電砍極上得壩到電子圍的反應(yīng)罩加快，發(fā)另一方獨(dú)面，P視t鏡可反以對光元進(jìn)行反利射，從專而增加堪了光在坐TiO綁2膜中忌的吸收扇幾率，頑減小了里穿出電硬池的光籮損失。對電極秒制備鉑電極:搏氯鉑酸裂溶液，滴錯加到基板掛上，38灰0?C保秒持15m餡in?？瞻譌T絡(luò)O基底吳Pt對電湖極(載鉑猜量6m鴿g/cm2)3.7惑小面積電池器件墾樣機(jī)3.8按大面拘積電池3.8畜大面積電當(dāng)池主要采木用絲網(wǎng)馳印刷技恨術(shù),飽開展高歷速大量愉且節(jié)能究的制造及過程。3.8強(qiáng)大面積電陜池3.8丟大面積電燈池3.9秤電池箏效率-筆-光電防性能參襪數(shù)入射光子過-電子轉(zhuǎn)季化效率（IPC眨E），在貌給定波長偷下所產(chǎn)生暴的光電子范占入射光誘子數(shù)的百龜分?jǐn)?shù)；短路電流ISC，惜電壓為零識時的電流透值；開路電懸壓VOC止，電流蜂為零時霧的電壓共值；填充因子FF，遇電池最蹄大輸出斬功率除足以短路沖電流和近開路電葵壓的乘宮積；光電轉(zhuǎn)化缸效率η，電江池輸出版功率與掘入射光殘強(qiáng)度I默之比值工。(開η=救ISC碧?V孔OC澆?F徒F/聰I款)IV特氧性曲線FF是太冷陽能電池廈中一個重枕要的參數(shù)喂，電池的恨歐姆損耗申和其它電充壓損耗越遮小，曲線茫形狀越接鴿近“矩形另”，F(xiàn)F卻就越大。3.10前電池穩(wěn)乳定性--吃光電性能耍參數(shù)80oCth鳥erma哄l