二氧化钛电极的低温制备及其在DSSC中的应用【文献综述】.doc

1、毕业论文文献综述理论物理二氧化钛电极的低温制备及其在DSSC中的应用摘要染料敏化太阳能电池很好的弥补了硅基太阳能电池缺点，它具有原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势等特点，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。关键词能源,太阳能,可再生当今全世界都面临日益严峻的能源危机和环境危机。虽然在刚刚闭幕的哥本哈根世界气候大会上没能达成一项具有法律约束力的协议，但世界各国都在将节能减排作为重要任务已是不争的事实。作为负责任的大国，我国一直积极应对气候问题，计划到2020年，非化石能源占一次能源消费的比重达

2、到15左右。太阳能是一种清洁、无污染，安全可靠，几乎取之不尽的能源，并且分布范围广布全球。对太阳能的利用在全球范围内都是研究热点。目前主流的光电转换器件是硅系太阳能电池，虽然硅太阳能电池具有光电转换效率高，性能稳定等优点，但是在硅太阳能电池（PN结电池）中，光生电子和电子的传输都要依靠硅基来完成，容易导致电子的复合。要减少电子复合就必须制备高纯度的硅，这就导致了硅太阳能电池工艺复杂、成本较高，并且在制造过程中就需要先消耗大量能量。染料敏化太阳能电池（DSSC）是第三代太阳能电池，DSSC的研究最早于瑞士GRATZEL教授在1991年取得突破。GRATZEL教授领导的研究小组把平板电极改换成纳米

3、多孔电极，并组装成染料敏化纳米晶太阳能电池DSSC，电池的光电效率转换达到了71，为DSSC的研究开辟了新天地。在染料敏化太阳能电池（DSSC）中染料受光激发产生电子，电子通过N型宽禁带半导体（TIO2）传输。光生电子和电子传输的功能分别由染料和TIO2来完成，这种结构本身就大大减少了电子复合，对宽禁带半导体（TIO2）的纯度要求不高。所以DSSC的原料广泛、成本低廉、工艺简单，有望成为传统硅系太阳能电池的替代产品。现已有欧美KONARKATECHNOLOGIES,G24INNOVATIONS等公司的商业化产品面世。虽然已有商业化的DSSC面世，但是其光电转换效率和硅系太阳能电池相比还存在差距

4、。如果在具有成本优势的基础上，能进一步提高DSSC的光电转换效率，将极大增强DSSC的商业竞争力。染料敏化太阳能电池（DSSC）主要由TIO2电极、电解质、染料、对电极等组成。其中TIO2电极起着负载染料、传输电子的任务，是DSSC中的关键部件。TIO2粒子的晶型、粒径、形状等因素都会影响TIO2电极的性能，进而影响DSSC的光电转换效率。在DSSC研究领域一直有众多研究人员致力于TIO2电极的优化，探求TIO2粒子的晶型、粒径、形状等因素和TIO2电极性能之间的对应关系，这些研究对DSSC的研究、制造都将产生重要的推动作用。二氧化钛电极的低温制备，2003年,DZZHANG等采用水热法制备了

5、柔性电极。具体方法是将纳米TIO2粉末P25加入到TICL4,TIOSO4或TIOIPR4的冰水溶液中,在玛瑙研钵中研磨或电磁搅拌后得到粘滞的糊状液,将此糊状液涂覆在ITOPET面上。然后将ITOPET放入带有高压釜中进行水热处理。2005年,李成玉等将TIO2薄膜放于盛满蒸馏水的非密闭容器中,在100下加热4H后从水中取出。所得电池的光电转换效率为19,但低于在高压釜中所得薄膜电极的光电性能。2008年CYJIANG等用低温水热法制备出了阵列式的ZNO纳米线薄膜。他们发现纳米线之间的缝隙能有效地释放弯曲应力,基板在弯曲半径小至2MM时仍不会脆裂。以ZNO纳米线薄膜和镀PT/ITO/PET组成

6、的DSSC在弯曲下仍保有原本的光伏特性,电池效率为19。此种方法操作简便，节约能源，成本低，成膜快，沉积膜厚度在较大范围内均匀可控等优点，而且特别适用于柔性TIO2纳晶多孔薄膜电极的低温制备，从而可以避免高温烧结对柔性导电基底的破坏。所制备的TIO2纳晶多孔薄膜电极可应用于染料敏化太阳能电池及光电催化电极等领域。当然还有其他的很多种方法可以达到预期的效果。由于柔性DSSC具有价格低廉、制作简单、重量轻和可弯曲的优点,更能满足设计和应用需求。柔性DSSC电极的研究起步较晚,大都集中在2000年以后,主要由日本、美国、中国、韩国、瑞典和芬兰等少数几个国家在研究,但研究进程十分迅速,其中日本的研究工

7、作十分突出。目前,影响电池效率的主要因素是基体与TIO2薄膜的结合力较差,导致光生电子在这个界面大量湮没采用的基体大多是透光率较差的PETITO,降低了电池对太阳光的利用率,导致电池光电转换效率较低。因而,柔性DSSC还需要做大量的研究工作才能充分发挥其应用潜力。一方面,由于柔性电极组成的DSSC光电效率普遍较低,因此只有提高柔性电极的光电性能才能满足DSSC的实际应用需要。另一方面,目前柔性电极缺乏长期的稳定性,因此还需提高柔性电极的稳定性和寿命等性能。虽然柔性DSSC的效率还无法与传统DSSC相比,柔性DSSC还是凭借其特有的优势得到全球科研人员的关注,并正在逐步发展成熟起来。若柔性电极能

8、在效率和稳定性上取得突破进展,将会对DSSC的实际应用产生深刻影响。参考文献1DZHANG,TYOSHIDAANDHMINOURA,LOWTEMPERATUREFABRICATIONOFEFFICIENTPOROUSTITANIAPHOTOELECTRODESBYHYDROTHERMALCRYSTALLIZATIONATTHESOLID/GASINTERFACE，ADVANCEDMATERIALS,2003,15,8148172DKIM,KLEE,PROY,BIBIRAJDAR,ESPIECKERANDPSCHMUKI,FORMATIONOFANONTHICKNESSLIMITEDTITANI

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