1、1毕业论文开题报告物理学二氧化钛电极的化学修饰研究一、选题的背景与意义能源是人类社会发展的重要基础资源。但由于世界能源资源产地与能源消费中心相距较远，特别是随着世界经济的发展、世界人口的剧增和人民生活水平的不断提高，世界能源需求量持续增大，由此导致对能源资源的争夺日趋激烈、环境污染加重和环保压力加大。近几年我国出现的“油荒”、“煤荒”和“电荒”以及一日一变的高油价甚至加不到油的情况也屡有发生，这加重了人们对能源危机的担心，促使我们更加关注世界能源的供需现状和趋势，也更加关注中国的能源供应安全问题。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。
2、现在利用的太阳能电池多为硅太阳能电池，虽然清洁也较高效。但是生产的技术要求以及成本都很高，这使得我们望而生畏。染料敏化太阳能很好的弥补了这些缺点，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。二氧化钛电极的化学修饰能有助于提高电池的转换效率，国内外的很多实验都对此作了相应的研究。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题1通过对二氧化钛电极的化学修饰使染料敏化太阳能电池能达到更高的转换效率。2制备二氧化钛电极，将其组装成染料敏化太阳能电池，测试电池的光电转换效
3、率。3采用旋转涂膜法制备致密二氧化钛薄膜，在致密膜之上涂覆二氧化钛电极，并经四氯化钛水溶液处理。提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。三、研究的方法与技术路线1熟练掌握用TIO2浆料制备TIO2薄膜的方法，制备出平整的TIO2薄膜。22组装染料敏化太阳能电池，对光电转换效率进行测量。3掌握旋涂法制备致密薄膜的方法，掌握四氯化钛水溶液处理薄膜的方法。4分析化学修饰可以提高电池效率的原理。四、研究的总体安排与进度1201011201012阅读文献，翻译英文文献，撰写文献综述及开题报告。熟悉实验室的各项操作，理解实验原理，初步进行薄膜制备。2201012201103对二氧化钛薄膜进行化学修饰，提高太
4、阳能电池的转换效率。3201103201104分析实验数据，撰写论文。五、主要参考文献1SEIGOITO,TAKUROUNMURAKAMI,PASCALCOMTE,FABRICATIONOFTHINFILMDYESENSITIZEDSOLARCELLSWITHSOLARTOELECTRICPOWERCONVERSIONEFFICIENCYOVER10,THINSOLIDFILMS,2008,516,46132GKMOR,KSHANKAR,MPAULOSE,OKVARGHESEANDCAGRIMES,USEOFHIGHLYORDEREDTIO2NANOTUBEARRAYSINDYESENSITI
5、ZEDSOLARCELLS,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，程永清，秦华宇，罗东卫，染料敏化TIO2太阳能电池的研究进展，材料开发与应用，2009,03,816王青，夏咏梅，何祖明，李新丽，乜伟，徐莺歌，染料敏化太阳能电池光阳极及其敏化研究进展，科技导报，2009,271,907王松，于忠臣，刘继伟，戴春雷，张雷，染料敏化太阳能电池柔性TIO2电极的研究进展，激光与光电子学进展，201
6、0,47,0731018冯小明，黄先威，黄辉，沈平，赵斌，谭松庭，有机染料敏化网状二氧化钛纳米纤维微孔膜太阳能电池研究，化学学报，2010,11,11239庄东填，林红，李鑫，李建保，染料敏化太阳能电池中TIO2光阳极的包覆效果，硅酸盐学报，2010,38,184810肖尧明，吴季怀，李清华，谢桂香，岳根田，叶海峰，兰章，黄妙良，林建3明，柔性染料敏化太阳能电池光阳极的制备及其应用，科学通报，2009,54,242511佘希林，刘曦，宋国君，李建江，李晓茹，纳米TIO2太阳能电池电极修饰研究进展，电子元件与材料，2010,29,6612李丽，张贵友，陈人杰，DORINAWALTHER，陈实，吴
7、锋，染料敏化太阳能电池用TIO2薄膜电极的改性制备及光电化学性能，高等学校化学学报，2009,30,22474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
8、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，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
9、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。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DSS
10、C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5替代产品。1991年，OREGAN等报道了光电转换效率为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
11、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
12、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6电池的光电压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
13、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
14、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,PASCALCOM
15、TE,FABRICATIONOFTHINFILMDYESENSITIZEDSOLARCELLSWITHSOLARTOELECTRICPOWERCONVERSIONEFFICIENCYOVER10,THINSOLIDFILMS,2008,516,46132GKMOR,KSHANKAR,MPAULOSE,OKVARGHESEANDCAGRIMES,USEOFHIGHLYORDEREDTIO2NANOTUBEARRAYSINDYESENSITIZEDSOLARCELLS,NANO7LETTERS,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，2010,6,41
16、4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，程永清，秦华宇，罗东卫，染料敏化TIO2太阳能电池的研究进展，材料开发与应用，2009,03,816王青，夏咏梅，何祖明，李新丽，乜伟，徐莺歌，染料敏化太阳能电池光阳极及其敏化研究进展，科技导报，2009,271,907王松，于忠臣，刘继伟，戴春雷，张雷，染料敏化太阳能电池柔性TIO2电极的研究进展，激光与光电子学进展，2010,47,0731018冯小明，黄先威，黄辉，沈平，赵斌，谭松庭，有机染料敏化网状二氧化钛纳米纤维微孔膜太阳能电池研究，化学学报，2010,11,11239
17、庄东填，林红，李鑫，李建保，染料敏化太阳能电池中TIO2光阳极的包覆效果，硅酸盐学报，2010,38,184810肖尧明，吴季怀，李清华，谢桂香，岳根田，叶海峰，兰章，黄妙良，林建明，柔性染料敏化太阳能电池光阳极的制备及其应用，科学通报，2009,54,242511佘希林，刘曦，宋国君，李建江，李晓茹，纳米TIO2太阳能电池电极修饰研究进展，电子元件与材料，2010,29,6612李丽，张贵友，陈人杰，DORINAWALTHER，陈实，吴锋，染料敏化太阳能电池用TIO2薄膜电极的改性制备及光电化学性能，高等学校化学学报，2009,30,22478本科毕业设计（20届）二氧化钛电极的化学修饰研究
18、9摘要【摘要】使用P25浆料，用刮涂法制备TIO2薄膜光阳极。采用两种方法对光阳极进行修饰1使用二氧化钛溶胶，以旋转涂膜法在导电玻璃上制备致密阻挡层薄膜2以TICL4溶液处理二氧化钛薄膜。并利用这些电极，制备组装成染料敏化太阳能电池，研究了两种修饰方法对电池性能的影响。发现，经过旋转涂膜法在导电玻璃上制备致密阻挡层薄膜对光阳极修饰以及TICL4溶液处理二氧化钛薄膜之后电池的开路电压，短路电流及光电转换效率都得到了提高。在旋涂六层致密阻挡层及使用04MOL/L浓度的TICL4处理之后的时候各项数据的达到最大值。最高光电转换效率达到了567。【关键词】染料敏化太阳能电池；TIO2薄膜电极；旋转涂膜
19、法；四氯化钛处理；DSSC性能ABSTRACT【ABSTRACT】USINGTHEP25SLURRY,WITHTHESCRATCHTIO2FILMSISPREPAREDBYTHEANODETWOMETHODSUSEDTODECORATETHEANODEOFLIGHT1USINGTITANIUMDIOXIDESOL,WITHSPINCOATINGMETHODONCONDUCTIVEGLASSCOMPACTBARRIERFILMPREPARATION2TICL4SOLUTIONTREATEDTITANIUMDIOXIDEFILMANDBYTHEUSEOFTHESE10ELECTRODES,PREP
20、AREDANDASSEMBLEDDYESENSITIZEDSOLARCELLS,STUDIEDTHEINFLUENCEOFTWOMODIFICATIONMETHODSONTHEBATTERYFUNCTIONFOUNDTHAT,AFTERTHESPINCOATINGMETHODINTHEPREPARATIONOFCONDUCTIVEGLASSANODECOMPACTBARRIERFILMFORLIGHTMODIFICATION,ANDBATTERYOPENCIRCUITVOLTAGE,SHORTCIRCUITCURRENT,ANDPHOTOELECTRICCONVERSIONEFFICIENCY
21、AREINCREASEDAFTERTICL4SOLUTIONTREATMENTTOTITANIUMDIOXIDETHINFILMAFTERSPINDENSITYINTHEBARRIERLAYERANDTHEUSEOFSIX04MOL/LCONCENTRATIONOFTICL4TREATMENT,THEDATAARRIVESATTHEMAXIMUMTIMETHEHIGHESTPHOTOELECTRICCONVERSIONEFFICIENCYREACHES567【KEYWORDS】DYESENSITIZATIONSOLARCELLTIO2FILMSSPINCOATINGMETHODTICL4DSS
22、CPERFORMANCE目录二氧化钛电极的化学修饰研究8摘要9ABSTRACT9目录101引言1211当今社会能源现状1212太阳能优势1213太阳能发展现状122染料敏华太阳能电池基本原理1321DSCS电池的基本结构及其工作原理1322光阳极的制备方法1423衡量太阳能电池的几个重要的参数153实验1不同厚度的匀胶层对电池光电转换效率的影响1631仪器及材料1632P25浆料的制备1633试验准备洗玻璃1634旋涂法制备致密薄膜161135制平整的TIO2薄膜1736敏化TIO2薄膜1737组装DSSC1738测量光电转换效率1739数据分析和讨论184实验2TICL4处理对对光电转换效率
23、的影响2041实验仪器及材料2042洗玻璃及旋涂法制备致密薄膜2043制备平整的TIO2薄膜2044使用TICL4处理TIO2薄膜2045敏化2046组装DSSC2147测量光电转换效率2148实验结果及分析21参考文献25致谢错误未定义书签。附录错误未定义书签。利用高度有序的二氧化钛纳米管色素增感太阳能电池的原理错误未定义书签。1使用薄膜制备染料的太阳能电池太阳能电力转换效率超过10错误未定义书签。121引言11当今社会能源现状世界经济的现代化，得益于化石能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用，因而它是建筑在化石能源基础之上的一种经济。它被誉为是工业的血液，他维系着世界工业化的
24、进步。然而石油、天然气等都是非再生能源，他们都需要几百万年甚至千万年的特殊条件下才能生成，可是人类经济对石油的极度依赖将导致其21世纪上半叶接近枯竭。石油作为世界上最主要的能源来源，它极广泛的影响着世界经济的发展。因此每次石油价格的上涨都伴随着世界各国物价的上升，和通货膨胀的蔓延。化石物质包含着各种复杂的化学物质，其中许多物质在燃烧使用中都无法被利用，最主要的原因是使用过程中会将其中包含的有毒物质是释放到空气中，造成大气污染。化石能源的使用造成空气的污染，对人类的生活造成影响，同时导致世界温室效应使世界平均温度升高冰川融化等严重社会问题日渐显现。世界各国对此严重关切，并努力寻找解决办法，对可持
25、续新能源的开发迫在眉睫。12太阳能优势各个国家都十分重视新能源的开发应用，生活中煤炭、石油、天然气等不可再生的化石能源的广泛使用，以及水能、风能等清洁可持续能源的开发使用，核能等以高科技为基础的新能源的开发使用构成了当今世界能源的主要现状。曾经，强大且效益高的核能被认为是一种解决能源危机的一种捷径，但是在苏联切尔诺贝利核电站事故和今年日本大地震、海啸中的核电站事故，造成核泄漏造成的严重核污染深深触动了世界各国的神经。因此在核能强大的破坏力面前人们踟蹰了，这到底是灵丹妙药还是饮鸩止渴的做法在此起彼伏的民众对核能的声讨声中，各个国家都放慢了核能发展的脚步。渐渐的太阳能，作为一种取之不尽，用之不竭的
26、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。13太阳能发展现状能源危机与环境问题日益严峻，为了实现可持续发展，一些国家纷纷从国家战略的高度制定发展利用新能源的计划，而利用太阳能发电是全人类都梦寐以求的愿望。因为太阳能是一种取之不尽，用之不竭的清洁能源。据估计，每年太阳提供给地球的能量为以电来衡量13的话相当于1018度电，相当于人类目前消耗能量的104倍，也就是说如果以光电转换效率为10的太阳能电池覆盖地球表面01的面积的话，所产生的电能就能足以满足全人类的需要。从二十世纪五十年代太阳电池的问世到如今太阳能光伏集成建筑的诞生，世界光伏工业已经走过半个世纪的历
27、程。太阳能发电具有资源的广泛性、充足性，使用过程中充分的清洁性，绝对的安全性、长寿命以及低维护等其它能源所不可比拟优点，太阳能被认为是21世纪最为重要的一种新能源。近几年来,很多国家已投入大量资金从事太阳能电池的研究和开发工作,效率最高的太阳能电池的光电转换效率能达到20以上。目前传统的硅基太阳能电池占了世界太阳能电池产业的80，但由于其有很多缺点，比如制造成本过高。于是开发低成本材料,对于充分利用太阳能资源具有重要意义。TIO2染料敏化太阳能电池简称DSSC，则彻底颠覆了传统的硅太阳能电池的制作工艺,作为硅电池的替代品，染料敏化太阳能电池受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
28、弥补了硅基太阳能电池的缺点，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相对无毒、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。2染料敏华太阳能电池基本原理21DSCS电池的基本结构及其工作原理染料敏化太阳能电池主要结构是由表面吸附了的染料敏化剂的TIO2薄膜半导体电极、电解质、对电极等三部分组成组成,其结构如图1所示。14图1染料敏化太阳能电池结构图TIO2纳米晶薄膜为光阳极,在TIO2多孔薄膜上吸附一层染料作为光敏剂,在导电玻璃上沉积有一定厚度PT作为对电极,滴入的电解质充满两极之间。在TIO2薄膜
29、表面吸附染料作为光敏化剂,则染料分子会在光的作用下吸收光能从而跃迁到激发态,但是激发态不太稳定,通过TIO2表面与染料分子的相互作用,电子迅速便跃迁到低能级的导带,进入导带的电子最后进入TIO2导电膜,然后经过外回路从而产生光电流。电解质将氧化态的敏化剂还原,电解质扩散到对电极充电,于是便完成一个循环。原理分析染料敏化太阳能电池的原理主要有以下的步骤来阐述。（1）染料受光激发从基态S跃迁到激发态SSHVS（21）（2）激发态染料分子在半导体的导带中注入电子SSE（CB）（22）（3）纳米晶导带（CB）中的电子与氧化态染料之间的电荷复合E（CB）SS（BC）（23）（4）二氧化钛薄膜中的离子与纳
30、米晶薄膜中的电子的复合I32E3I（24）（5）导带中的电子与氧化态染料之间的电子复合E（CB）SS（25）（6）I3离子扩散到对电极（CE）上得到的电子再生I32E（CE）3I（26）（7）I离子还原氧化态的染料可以使染料再生I2SI3S2722光阳极的制备方法131溶胶凝胶法溶胶凝胶法是DSSC光阳极较早采用的制备方法。通过水解钛的醇盐或氯化物前驱体得到无定形沉淀，在酸性环境中胶溶得到溶胶物质，然后经过烧结后制得纳米TIO2薄膜电极。对DSSC而言，传统溶胶凝胶法制得的TIO2电极薄膜与导电玻璃基底结合牢固，但有缺点其结15构致密、比表面积小，不利于染料吸附和电解质离子的扩散，造成光电转换
31、效率低下，在DSSC中的应用受到限制。2水热合成法水热合成法是溶胶凝胶法的改进，通过水解钛的醇盐或氯化物前驱体得到无定形沉淀，在酸性溶液中胶溶得到溶胶物质。将高压釜中水热熟化后的溶胶涂覆在导电玻璃基片上，经高温煅烧即得到纳米TIO2薄膜电极。与溶胶凝胶法相比，水热合成法加入了在高压釜中进行的水热熟化过程来控制产物的结晶和长大，进而调节晶型、粒径和薄孔隙率等以提高光电转换效率。3电泳沉积法电泳沉积法作为一种制备具有复杂形状薄膜材料的方法，近年来在TIO薄膜电极制备方面有较多研究在直流电压作用下TIO2悬浮液中的带电颗粒移向反向电极，放电而形成沉积层，经高温烧结即得到纳米TIO2薄膜电极。电泳沉积
32、法的主要优点是可以快速得到相对较厚的沉积膜、界面光滑缺陷小、可以直接制备复杂形状的薄膜电极，具有易吸附染料的多孔结构。但薄膜与导电玻璃基底结合不牢，易脱落，影响了电池的性能。23衡量太阳能电池的几个重要的参数1大气质量由于太阳光的入射角不相同，从而使经过的大气层的厚度也不同，所以用大气质量来表示。规定太阳入射光和地球照射点地面的夹角为90时大气质量为AM1，而其他入射角的大气质量可表示为AM1/COS。2开路电压（OPENCIRCUITVOLTAGE,VOC）电池不放电时，电池两极之间的电位差3短路光电流密度SHORTCIRCUITCURRENTDENSITY，JSC短路光电流即为电路处于短路
33、时产生的光电流；单位面积上的短路光电流强度称为短路光电流密度。4填充因子（FILLFACTOR,FF）定义为染料敏化太阳能电池具有最大输出功率时的电流密度JOPT和电压VOPT的乘积再除以短路光电流密度和开路电压乘积的值5光电流转换效率是指电池的最大输出功率PMAX与入射光光强PIN1OCFEMIRRVQEE16的比值，即6入射单色光光电转换效率（IPCE）ISC表示单色光照射下染料敏华纳米晶电极所产的短路光电流密度，PIN表示入射单色光的光强。3实验1不同厚度的匀胶层对电池光电转换效率的影响31仪器及材料实验材料如下P25浆料（自制）、二氧化钛溶胶、导电玻璃（FTO面电阻小于16欧）、电解液
34、、SCKQ5200型超声波清洗器、行星式球磨机、对电极（自制，导电玻璃上磁控溅射PT）、SCIB型匀胶机、恒温烘箱（上海一恒科技有限公司DHG9075A）、烧结炉（AXL101020中温箱式炉）。测试仪器采用数字源表（吉时利2400）测量电池的IV曲线；使用畅拓CHFXM500W光源，提供一个太阳的光强，没有经过滤光片拟合太阳光。32P25浆料的制备称取5GP25粉,08ML乙酰丙酮，04ML曲拉通，10ML无水乙醇，放入行星式球磨机中，球磨10H，280转/分钟。再加入25ML无水乙醇，球磨12H，280转/分钟，即制得所需浆料。33试验准备洗玻璃以TIO2平均粒径21NM作为DSSC中光电
35、极所需的材料以透明ITO导电玻璃当作基底使用玻璃切割刀，将导电玻璃切成34CM大小的一块块小片。使用乙醇，超声清洗。34旋涂法制备致密薄膜取其中的12片用透明胶带纸黏住玻璃片导电面周围一圈大概3MM左右的范围（以免17在使用匀胶机在导电玻璃导电面上涂二氧化钛致密薄膜的时候整个面都被膜覆盖，影响测量光电效应）。打开匀胶机，开始使用匀胶机进行旋涂，分为6组，每组各两片，将准备好的导电玻璃片吸附在上面，然后均匀一定量（都控制为一滴）的滴上二氧化钛溶胶，然后开始匀胶机开始按设定的方式旋转使溶液均匀的涂在导电面上。分别旋涂0层、2层、4层、6层、8层、10层。然后撕掉之前粘在四周的塑料胶带纸，然后放到烧
36、结炉中以450烧结，6小时。高温烧结使得表面膜的结构变得致密，这样便获得导电面有致密二氧化钛薄膜的导电玻璃片。35制平整的TIO2薄膜将10片表面有致密薄膜的导电玻璃和2片洗净之后未作其他处理的导电玻璃分别排在载玻片上，然后使用透明胶带使其固定。使用刮涂法制备8层厚度的平整TIO2薄膜。待其干燥之后撕去所有胶带然后做好标记分别为16组。然后将12片涂有二氧化钛薄膜的导电玻璃平整的放在炉中，以450摄氏度的高温烧结小时，便得到均匀的TIO2多孔膜。36敏化TIO2薄膜烧结完毕之后涂有的层二氧化钛薄膜都牢固的附着在玻璃片表面。然后将有薄膜面朝下将12片玻璃片放在保鲜膜上面，然后用玻璃刀从中间将其一
37、分为二。这样就有24片小玻璃片。用细针分别做好一组二组的标记。然后将24片玻璃片放在玻璃培养皿中用乙醇冲洗。然后放在恒温烘箱中将TIO2薄膜光阳极面朝上，且互不相叠，设定温度120摄氏度，使在120摄氏度中保持10分钟，然后快速将燃料倒入培养皿中，使染料没过玻璃片。快速将培养皿用三层保鲜膜覆盖住使其密封，然后再放入设置为恒温60摄氏度的恒温箱中，12小时。37组装DSSC取出敏化后玻璃片，用酒精冲洗，然后放入恒温箱中烘干。烘干取出之后，在染料敏化的二氧化钛膜上滴加电解质并盖上镀PT的对电极，用夹子将两部分夹紧呈“汉堡式”。电解质由于毛细作用渗入二氧化钛多孔电极。本实验的氧化还原电解质采用05M
38、LII,004MI2和05M四丁基吡啶的碳酸丙烯酯溶液。38测量光电转换效率将组装好的DSSC放置于光源（畅拓CHFXM500W）之下，工作电极面对光源，使用遮光片遮盖工作电极，使光照下的面积为016平方厘米。使用数字源表（吉时利2400）测量电池的IV曲线，外加偏压为0208V。通过硅电池校正光源强度所以我们的光源提供了近似于1个标准太阳。DSSC的性能指标主要包括开路电压VOC、短路电流JSC、填充因子FF和总光电转换效率等4个方面。JSC和VOC可以由IV曲线直接读出，填充因子18FF和总光电转换效率可以用下式计算得到SCOCOPTOPTJVJVFF100PJV100PFFJV100PP
39、INOPTOPTINSCOCINOPT上式的JSC为电池的短路电流，VOC为电池的开路电压，VOPT和JOPT为电池最大输出功率时所对应的电压及电流，PIN为入射光强。39数据分析和讨论实验1实验数据类别（组平均）短路电流JSC开路电压VOC光电转换效率填充因子FF旋转涂膜0层8070603830783旋转涂膜2层7590573310752旋转涂膜4层8620593890754旋转涂膜6层9110604050732旋转涂膜8层7780563470768旋转涂膜10层7360543150750图2图319图4从以上实验结果数据中分析可知通过旋转涂膜法在导电玻璃上制备了的致密的TIO2阻挡层薄膜，
40、用来有效的阻止导电玻璃上的光生电子和电解液中I的复合。在一定厚度以内随着致密层厚度的增加，光电转换效率，开路电压以及短路电流都增加。在厚度达到6层之后随着致密层厚度的增加各项数据反而降低。由此可知，在致密膜的厚度达到最优的6层的时候拥有最高的光电转换效率。在一个太阳光的光照条件下，没有制备致密阻挡层薄膜的染料敏化太能电池，其短路电流为807MA/CM2、开路电压为060V、填充因子为0783和光电转换效率达到了383。当在导电玻璃和TIO2薄膜之间加上6层致密的TIO2阻挡层之后，短路电流变为911MA/CM2、开路电压为060V、填充因子为0732和光电转换效率达到了405，光电转换效率提高
41、了将近5，说明通过旋涂法旋涂制备了致密TIO2阻挡层之后有效的提高了DSSC的光电性能。染料敏华太阳能电池的光电流与流经外电路的光生电子数成正比。阻挡层是6层致密二氧化钛薄膜，光电转换效率的提高是由于薄膜可以有效阻挡光阳极的导电玻璃和电解液相接触，大大减少了光生电子和I的复合，增加了到达光阴极的电子数，使太阳能电池的短路电流得以提高，从而使光电转换效率得意提高。阻挡层致密TIO2薄膜的厚度是由旋转涂膜的次数来控制的。由图2，图3，图4可以看出，阻挡层的厚度对电池光电性能的影响比较明显。其中尤其对染料敏华太阳能电池的短路电流和光电转换效率影响较大，而对开路电压和填充因子影响较小。从图中可以看出当
42、旋转涂膜6次时，短路电流为911MA/CM2，得到了最高的电池光电转换效率，转换效率为405。之后再增加旋转涂膜的次数即阻挡层薄膜的厚度的时候，染料敏华太阳能电池的光电性能反而开始持续下降。短路电流是表示流过外电路电子数，它和到光生电子数成正比。因此，利用薄膜阻挡层减少电子复合，等于增加了到达光阴极的电子数，从而使短路电流得以提高。可是当阻挡层太薄时，不能很有效的阻止光生电子和I的复合反应，但是阻挡层太厚的话不仅会20阻挡入射光的透过和减少光的吸收，而且还会增加电子传输路程阻碍电子的传输，会导致染料敏华太阳能电池的光电性能反而会下降。由此可见，当旋转涂膜6层得时候是为最适当的致密层的厚度，光电
43、性能达到最优的值。4实验2TICL4处理对对光电转换效率的影响41实验仪器及材料实验材料如下P25浆料（自制）、导电玻璃（FTO面电阻小于16欧）、TICL4溶液、电解液、SCKQ5200型超声波清洗器、对电极（自制，导电玻璃上磁控溅射PT）、SCIB型匀胶机、恒温烘箱（上海一恒科技有限公司DHG9075A）、烧结炉（AXL101020中温箱式炉）。测试仪器采用数字源表（吉时利2400）测量电池的IV曲线；使用畅拓CHFXM500W光源，提供一个太阳的光强，没有经过滤光片拟合太阳光。42洗玻璃及旋涂法制备致密薄膜实验的第一个步骤和实验一的步骤11一样洗玻璃，接下来的步骤就稍微开始有区别。匀胶机
44、涂膜6片全部都是最优的层数6层。其余的和实验1的步骤一样，烧结使形成致密底膜。43制备平整的TIO2薄膜将6片表面有致密薄膜的导电玻璃然后使用透明胶带使其固定。使用刮涂法制备8层厚度的平整TIO2薄膜，然后将6片涂有二氧化钛薄膜的导电玻璃平整的放在烧结炉中，以450摄氏度的高温烧结小时，便得到均匀的TIO2多孔膜。44使用TICL4处理TIO2薄膜然后对分成两组，各6小片。分别对它们进行并不同浓度的TICL4处理，分别为02MOL/L和04MOL/L的TICL4。滴加TICL4溶液使培养皿中的小片都没淹没，然后使用保鲜膜覆盖使密封，浸泡12小时。然后取出做好标记，以便能区分两组不同处理方法获得
45、的电池，然后放在烧炉中450摄氏度烧结6小时，能使被TICL4处理之后膜的结构更加紧密。45敏化从炉中取出烧结完毕的电池之后，将其同未作处理的对照组一同放在培养皿中用酒精冲洗，洗干净附着的杂质之后将其放在烘箱中。在120摄氏度的温度下持续放置10分钟左右，然后快速的将之前准备好的N719染料倒入培养皿中，使其淹没玻璃片，然后使用保21鲜膜覆盖密封。将其放在烘箱中，保持60摄氏度的温度，持续12小时。46组装DSSC取出敏化后玻璃片，用酒精冲洗，然后放入恒温箱中烘干。烘干取出之后，在染料敏化的二氧化钛膜上滴加电解质并盖上镀PT的对电极，用夹子将两部分夹紧呈“汉堡式”。电解质由于毛细作用渗入二氧化
46、钛多孔电极。本实验的氧化还原电解质采用05MLII,004MI2和05M四丁基吡啶的碳酸丙烯酯溶液。47测量光电转换效率将组装好的DSSC放置于光源（畅拓CHFXM500W）之下，工作电极面对光源，使用遮光片遮盖工作电极，使光照下的面积为016平方厘米。使用数字源表（吉时利2400）测量电池的IV曲线，外加偏压为0208V。通过硅电池校正光源强度，我们的光源提供了近似于1个标准太阳。DSSC的性能指标主要包括开路电压VOC、短路电流JSC、填充因子FF和总光电转换效率等4个方面。JSC和VOC可以由IV曲线直接读出，填充因子FF和总光电转换效率可以用下式计算得到SCOCOPTOPTJVJVFF
47、100PJV100PFFJV100PPINOPTOPTINSCOCINOPT上式的JSC为电池的短路电流，VOC为电池的开路电压，VOPT和JOPT为电池最大输出功率时所对应的电压及电流，PIN为入射光强。48实验结果及分析类别（组平均）短路电流JSC开路电压VOC光电转换效率填充因子FF对照不处理（对照组）1010610415072202MOL/LTICL4处理1360645520058304MOL/LTICL4处理1390656567061622图5图623图7染料敏化纳米晶薄膜太阳能的JV曲线示意图0010203040506070802468101214161820开路电压/MV短路电流
48、密度/MA/CM2TICL4处理是TIO2化学处理中比较常用的一种方法。经过TIC14处理后，不仅增强了TIO2粒子相互之间的电性接触，还会使TIO2薄膜表面发生了重构，增加了薄膜与染料之间的键合强度，能利于电子注入。它可以大幅度的提高短路电压和开路电流的同时光电转换效率增高明显。在使用TICL4处理TIO2薄膜过程中，TICL4水解生后成的小颗粒粒子会沉积在TIO2薄膜上，这样增强了TIO2粒子相互之间电性接触。通过对纳米TIO2多孔膜表面进行TICL4处理可以改善纳米晶粒多孔网络结构的电子扩散传输性能，从而能提高表面的态密度，使增大染料分子与TIO2电极表面之间的结合力，从而电子注入的效率
49、得以提高，也可活化TIO2表面，使增大表面粗糙度，增多吸附的染料分子，最终使电池的光电转换性能提高。采用02MOL/LTIC14水溶液和04MOL/LTIC14水溶液为处理介质，以TIO2多孔光阳极为处理对象，研究了不同浓度的TIC14溶液处理电池对TIO2光阳及染料敏化太阳电池的影响。使用TIC14处理光阳极组装的小面积染料敏华太阳能电池，04MOL/LTICL4处理水溶液浸泡处理后，平均短路电流提高了38、平均开路电压提高了73、平均效率提高了366。电池的最高效率达到567（JSC139，VOC0656，567，FF0616）。JSCVOCJOPTVOPTJSC148MA/CM2VOC67MVFF0633861524从上述可以看出经TIC14处理后的样品JSC平均的短路电流密度、VOC开路电压V、转换效率均有明显提高。5结论染料敏化太阳能电池的光阳极经过旋涂6层致密TIO2阻挡层处理之后，短路电流提高129，光电转换效率提高了57。经过TICL4处理电池光阳极之后开路电压提高75左右，短路电流提高376，光电转换效率提
