二氧化钛电极的化学修饰研究【文献综述】.doc

1、毕业论文文献综述物理学二氧化钛电极的化学修饰研究随着世界人口的急剧增加和工业的快速发展，人们对能源的需求量与日俱增。作为最主要的能源，石油，天然气，煤炭等化石能源不仅将在可能遇见的将来开发殆尽，而且大量的化石能源的使用还造成温室效应，环境污染，神态破坏等一系列问题。因而各个国家都十分重视新能源的开发应用。其中，作为一种取之不尽，用之不竭的清洁能源，太阳能收到了广泛的关注。其中太阳能电池是利用太阳能的一种最主要的方式。自从1954年，贝尔实验室成功得制备了人类第一个太阳能电池以后，太阳能电池的研究与应用拉开了序幕。传统的硅基太阳能电池占了世界太阳能电池展业的80。然而，硅基太阳能电池存在制作复杂

2、，成本高等缺点，极大的限制其应用。因而，作为硅电池的替代品，人们开发了多种新型太阳能电池。其中，染料敏华太阳能电池收到了国内外科学家的普遍关注。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。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

3、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。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GRAETZEL教授在1991年取得突破，染料敏化太阳能电池也称“GRAETZEL电池”。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。1991年，OREGAN等报道了光电转

4、换效率为71的染料敏化太阳能电池，引起了很大的关注。目前，国际上最高的光电转换效率已经达到了10以上，非常的鼓舞人心。现已有欧美KONARKATECHNOLOGIES,G24INNOVATIONS等公司的商业化产品面世。因此使得越来越多的人开始关注染料敏化太阳能电池的研究，并投身其中进行研究以达到跟高的转换水平。染料敏化太阳能电池的原理主要有以下的步骤来阐述。（1）染料受光激发由基态S跃迁到激发态SSHS（2）激发态染料分子将电子注入到半导体的导带中SSE（CB）（3）导带（CB）中的电子在纳米晶网格中传输到后接触面后儿流入到外电路中E（CB）E（BC）（4）纳米晶薄膜中传输的电子与进入二氧化

5、钛薄膜中的离子复合I32E3I（5）导带中的电子与氧化态染料之间的电子复合E（CB）SS（6）I离子扩散到对电极（CE）上得到的电子再生I32E（CE）3I（7）I离子还原氧化态的染料可以使染料再生3I2SI3S在导电基片（TCO）表面区域，电荷复合依赖于TCO对溶液中电子受体（通常是I3）的反映性大小。为降低复合，反应活性必须要尽则能低降。低该反应活性有两种方法。第一种方法是，在TCO上淙上一层薄的致密层，该致密层与I3。的反应活性低于TCO。例如，通过在TCO上水解TICL4。形成一层致密的TIO2。小颗粒地隔层。PETFA等人最近的研究表明，致密的小颗粒TIO2阻隔层能够影响电池的光电压

6、入射光流子曲线的线性情况，其中带有阻隔层的电池光电曲线的线性相对明显。PETRA等人的研究表明，水解温度较高时形成TIO2致密阻隔层，电池性能反而下降。我们的研究也表明，TCO上水解TICL4。形成一层致密的TIO2。阻隔层，能极大地改善电池的光电流和光电业。第二种方法是将阻碍物质，例如多酚氧化物质，通过电沉积的方法选择性地沉积于裸露于电解液的TCO表面。在纳米多孔薄膜表风区域，由于有染料的存在并且染料必须直接附着于纳米多孔里TIO2薄膜的表面，情况变得较为复杂。对于这种情况，抑制电荷复合的方法一般有两种。第一种方法是在二氧化钛多孔膜表面进行离子修饰，通过在电极表面形成一个能级势垒来降低电荷复

7、合。黄春辉等人发现对TIO2电极薄膜表面进行稀土离子修饰以及SR正三价离子修饰能够有效地抑制电极表面的电荷复合，其中TIO2电极在采用YB正三价离子进行修饰后，在731MW/平方厘米白光照射下的光电转化效率比普通的TIO2电极增大了15；而TIO2电极在采用SR正三价离子进行修饰后，在931MW/平方厘米白光照射下的光电转化效率由原来的73上升到93。此外，还可以对TIO2电极薄膜表面进等不同金属离子的掺杂，这些离子不仅能影响电子空穴的复合几率，还能使TIO2的吸收波长范围扩大到可见光区域，增加对太阳能的转换和利用。另一中方法是在制备好的二氧化钛多孔膜表面沉积一层氧化物，通过该氧化物与二氧化钛

8、多孔膜的相互作用来改善电池的性能。这种方法可以通过水解低浓度的TICL4修饰一层细小的TIO2，这层细小的TIO2既可以增加薄膜中大粒径分子的连接，有利于电子的传输，又可以起到抑制电荷负荷人作用。研究表明，多孔膜的表面经过TICL4处理后，开路电压提高了25，短路电流提高了30。研究发现，采用TICL4处理纳米TIO2薄膜能够增加单位体积内TIO2的含量，增大TIO2薄膜的表面积，电池效率达到72。主要参考文献1SEIGOITO,TAKUROUNMURAKAMI,PASCALCOMTE,FABRICATIONOFTHINFILMDYESENSITIZEDSOLARCELLSWITHSOLART

9、OELECTRICPOWERCONVERSIONEFFICIENCYOVER10,THINSOLIDFILMS,2008,516,46132GKMOR,KSHANKAR,MPAULOSE,OKVARGHESEANDCAGRIMES,USEOFHIGHLYORDEREDTIO2NANOTUBEARRAYSINDYESENSITIZEDSOLARCELLS,NANOLETTERS,2006,6,2152183林红，低成本染料敏化太阳能电池的机遇和挑战，先进材料工业，2010,6,414张合，卓清松，简淑华，陈韦安，电泳沉积法制备多层膜染料敏化太阳能电池，过程工程学报，2010,10,1135冯蕾，

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