1、本科毕业设计（20届）柔性染料敏化太阳能电池中二氧化钛电极制备所在学院专业班级物理学学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要【摘要】近两年来，以染料敏化太阳能电池（DSSC）为主的太阳能电池成为世界各国研发的焦点。在染料敏化太阳能电池的制备过程中，需要高温烧结二氧化钛薄膜电极，因为高温烧结可以使二氧化钛粒子间连接更加紧密。而这一高温烧结过程，限制了高温耐受性能较差的柔性材料基底的应用。所以我们要寻找一种在低温条件下制备TIO2薄膜电极的方法。本文主要研究在自制TIO2浆料中添加适量氨水，用涂膜法制备TIO2薄膜，在低温（150摄氏度）条件下热处理制备二氧化钛薄膜电极，将其组装成染料敏化太阳能
2、电池。寻找氨水和二氧化钛粒子的最佳配比，使组装成的染料敏化太阳能电池光电转化效率最高。【关键词】染料敏化；太阳能电池；氨水；光电转化效率。ABSTRACT【ABSTRACT】TODAY,THEDYESENSITIZEDSOLARCELLSDSSCBECOMETHEFOCUSOFTHEWORLDDURINGTHEPREPARATIONOFDSSC,TIO2FILMELECTRODESHOULDBESINTEREDATHIGHTEMPERATUREBECAUSESINTERINGATHIGHTEMPERATUREMAKESTHETIO2PARTICLESMORECLOSELYCONNECTEDBU
3、THIGHTEMPERATURELIMITSTHEAPPLICATIONOFFLEXIBLEMATERIAL,SOWESHOULDLOOKFORAMETHODOFPREPARATIONTIO2FILMELECTRODEATLOWTEMPERATURETHEMAINIDEALOFTHISARTICLEISADDTHEPROPERAMOUNTOFAMMONIAINTHETIO2PASTE，ANDMAKEITTOTIO2FILMELECTRODEATLOWTEMPERATURE150,ANDASSEMBLEITTODYESENSITIZEDSOLARCELLSWHENTHEPHOTOELECTRIC
4、CONVERSIONEFFICIENCYISTHEHIGHEST,WEWILLFINDTHEBESTRATIOOFAMMONIAANDTIO2PARTICLES【KEYWORDS】DYESENSITIZEDSOLARCELLSAMMONIAPHOTOELECTRICCONVERSIONEFFICIENCYII目录摘要IABSTRACTI目录II1绪论111太阳能电池的背景112染料敏化太阳能电池的发展113染料敏化太阳能电池的基本原理314染料敏化太阳能电池主要结构4141半导体电极4142染料敏化剂4143电解质415DSSC的柔性电极的制备方法研究52实验721实验的材料和测试仪器722实
5、验内容及步骤7221TIO2浆料的制备7222TIO2薄膜的制备7223TIO2薄膜的敏化8224染料敏化太阳能电池的组装8225光电转化效率的测量8226研究氨水对电池影响923实验数据处理分析93结论12参考文献13致谢错误未定义书签。1绪论11太阳能电池的背景当今社会经济快速发展，人们不断开发利用自然资源来满足社会经济的发展。能源是实现可持续发展的关键因素之一，它制约着经济的发展和人们生活水平的提高。现在的能源消耗主要是来自化石燃料，于是由此引发的能源危机与环境污染成为了亟待解决的问题。根据英国石油公司关于2005世界能源统计的数据显示，最近十年以来世界石油消费量每年平均增长速度达到17
6、。每年消耗石油都在不断增长以及地球的温室效应日趋严重，预示着我们要急需寻找一种新的清洁可再生能源，来解决传统能源所带来的能源问题和环境污染问题。促进社会经济的可持续发展。寻求先进技术提高矿物燃料等能源生产的效率，使用清洁能源，开发利用可再生能源成为全球关注和研究的重点。一些发达国家纷纷从国家战略的高度制定了发展新能源的计划。风能、潮汐能、生物能、地热能、核能以及太阳能等的开发都成为解决全球能源问题和环境问题的重要途径。太阳能是一种巨大而且对环境无污染的能源，且太阳能的成本低。地球每秒钟获得的太阳能能量相当于燃烧500万吨优质煤发出的能量。如果能开发利用这一能源，将会大大改进能源和环境两大问题。
7、为了能够经济有效的利用这一能源，人们通过科学技术着手研究太阳能的收集、转换、储存和输送等问题。目前太阳能的利用最主要是通过太阳能电池，通过太阳能电池把太阳能转化为电能。12染料敏化太阳能电池的发展到目前为止，以晶体硅制备的太阳能电池是应用最广泛的光伏产品，其最高的光电转化效率可以达到20。正是由于其高效的电池转化效率，晶体硅大概占当前世界光伏产品90的市场份额，在大规模应用和工业生产中占据主导地位。但由于受晶体硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使晶硅太阳能成本很高，要想大幅度降低其成本是非常困难的。所以开发一种成本低的太阳能电池材料，对充分利用太阳能资源有着重要的意义。第二代薄膜太阳能电
8、池主要以非晶硅薄膜和铜铟镓硒CIGS为主，在进入21世纪以来，第二代太阳能电池的市场份额开始逐渐地扩大。因为非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展。非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的成本及重量轻等特点，有着极大的潜力。但同时由于它的稳定性不高，直接影响了它的实际应用。近两年来，以染料敏化太阳能电池（DSSC为代表的第三代太阳能电池技术也渐渐成熟，因为其制造过程简单，设备成本和原料成本都相对较低，因此在未来太阳能电池发展中具有很大的发展空间。自染料敏化太阳能电池DSSC问世以来，经过多年的发展，其光电转化效率已高达11，但是其衬底多为玻璃，质量
9、重、易破碎等缺点限制了其商业上的开发应用。柔性染料敏化太阳能电池采用透明导2电ITO/PEN或ITO/PET制作导电性塑料薄膜基板，因此具有重量轻、挠性好、抗冲击、成本低、可进行各种形状或表面设计等优点，可采用成卷连续生产、快速涂布等技术，便于大面积生产，降低生产成本，具有更强的竞争力，成为近年DSSC研究的新热点。但是塑料薄膜基板温度高于150将使塑料基板变形、失透，因而传统的二氧化钛在玻璃基板上烧结高于400的方法在柔性太阳能电池中无法采用，柔性太阳能电池制备的关键之一是二氧化钛的低温成膜。目前，柔性染料敏化太阳能电池的光电转换效率大多停留在2左右。虽然光伏电池问世以来，晶体硅作为基本的电
10、池材料一直保持着主导地位，是目前国际光伏市场上的主流产品，但这种格局在未来20年中可能会发生改变。国际权威机构德国肖特太阳能有限公司预测，到2030年，晶体硅太阳能电池将不再是占绝对主力的太阳电池类型，染料敏化太阳能电池将取而代之。作为新概念低价太阳能电池，柔性染料敏化太阳电池将可能会与硅基太阳能电池和薄膜太阳能电池均分市场。图中给出了染料敏化太阳能电池的一些模型3。3染料敏化太阳能电池13染料敏化太阳能电池的基本原理染料敏化太阳能电池主要由表面吸附了染料敏化剂，TIO2薄膜电极、电解质、对电极组成，其结构如图21所示图21是DSSC结构示意图TIO2薄膜电极在染料敏化太阳能电池中是电池的负极
11、，因此也叫做光阳极，其中TIO2多孔薄膜电极上要吸附一定量的染料敏化剂材料。涂有一定厚度PT金属的导电玻璃一般作为染料敏化太阳能电池的对电极，在电池的两电极之间充满的是电解质溶液。如果在TIO2薄膜电极表面吸附一些性能较好的染料敏化剂，则在可见光的作用下染料敏化剂分子可以通过吸收光能而跃迁到激发态，因为分子在激发态下是不稳定的，所以在染料敏化剂分子与TIO2薄膜电极表面的相互作用下，激发态的电子很快就会跃迁到能级较低的TIO2晶体导带中，最终进入TIO2导带的电子将进入ITO氧化铟锡导电膜，然后通过外回路产生光电流。失去电子的染料敏化剂处于氧化态，具有氧化性。由于外电路的光电流作用，DSSC的
12、正极得到电子，然后被电解质溶液吸收，这时吸收电子的电解质溶液处于还原态，具有还原性。最后处于还原态电解质溶液被处于氧化钛的染料敏化剂氧化，电子就由DCCS的正极向负极移动，这样就完成一个循环。基态染料（S0）H激发态染料（S）（1）激发态染料（S）TIO2氧化态染料（S）E（二氧化钛导带）（2）氧化态染料（S）还原态电解质（R）基态染料（S0）氧化态电解质（R（3）氧化态电解质（RE（阴极）还原态电解质（R）（4）氧化态电解质（RE（TIO2导带）还原态电解质（R）（5）以上是染料敏化太阳能电池中发生的主要反应。其中反应（1）是染料的激发，反应（2）是光电流的产生，反应（3）是染料的还原，反应
13、（4）是电解质的还原，而反应（5）是暗电流的产生。其中我们要减少反应（5）的发生，才能提高电池光电转化效率。414染料敏化太阳能电池主要结构染料敏化太阳能电池中半导体电极、染料敏化剂、电解质等的好坏都是影响其光电转化效率的重要因素。141半导体电极半导体光阳极材料起着支撑染料分子、传递光生电子的作用。光阳极材料一般由宽带隙的半导体纳米多孔材料构成，通常使用10M左右厚度的TIO2纳米多孔粒子薄膜。TIO2纳米多孔膜具有孔隙率高、比表面积大的优点，这是大量吸附单分子层染料、从而大量吸收太阳光的必备条件。它是整个太阳能电池的关键，其性能的好坏直接关系到太阳能电池的效率。此外，从激发态的染料跃迁到半
14、导体导带的电子需要在复合前快速传递到导电基板，这样就要求该半导体具有良好的电子扩散系数。近年来，为提高电子传输寿命，减少载流子复合，纳米管阵列、纳米线阵列等一维传输结构受到瞩目，核壳结构、多层结构等也得到发展。同时，包覆结构在抑制电子复合方面已经显现出其明显优势。TIO2晶粒大小、形状、相组成或表面修饰以及其他成分的掺杂对其性质和功能有显著影响。制备具有高比表面积和优良电子传输性能的纳米半导体材料，是保证电池获得较大电流密度和较高光电转化效率的前提5。142染料敏化剂TIO2薄膜属于宽禁带半导体，只能吸收387NM以下的光，不能吸收太阳光中占大部分的可见光，捕获太阳光的能力非常差。染料敏化剂的
15、作用就是吸收可见光，将电子注入半导体，并从电解质中接受电子，重新还原，整个过程不断循环。采用染料敏化方法制备的光电化学太阳能电池，不但可以克服半导体本身只吸收紫外光的缺点，使得电池对可见光谱的吸收大大增加，并且可通过改变染料的种类得到理想的光电化学太阳能电池。染料性能的好坏直接关系到DSSC电池的效率高低。一个好的染料敏化剂必须满足下列条件1容易吸附在TIO2表面，对可见光吸收强，这要求其分子中含有能与TIO2结合的官能团。2具有基态和激发态的高稳定性，保证电子传输的高效率；3激发态寿命足够长，且具有很高的电荷传输效率，这将延长电子空穴分离时间，对电子的注入效率有决定作用；4有适当的氧化还原电
16、势，以保证染料激发态电子注入到TIO2导带中，即敏化染料能级与TIO2能级匹配5。143电解质在染料敏化太阳能电池中，电解质主要起着在光电极与对电极之间运载电荷，并使氧化态染料还原而重生，对电池稳定性有很大的影响。目前用于DSSC的电解质有两大类液态电解质和固态电解质。长期以来，染料敏化太阳能电池一直使用液态电解质。由于液态电解质扩散速率快，组成成分易调节，对纳米多孔膜的渗透性好，因而利用液态电解质得到了效率最高的染料敏化太阳能电池，其转换效率为1104。尽管使用液态电解质制备的电池目前获得了较高的光电转换效率，但是液态5电解质必须使用复杂的封装工艺，以避免电解质泄露或挥发，导致电池的长期稳定
17、性受到了影响，从而限制了其广泛应用。固态电解质能够有效解决液态电解质的问题。目前人们开始研究准固态和固态电解质来解决其长期稳定性问题，特别是准固态电解质由于具有较高离子扩散系数而受到青睐。固态电解质的研究也有了一定的发展，典型的有P型半导体材料、空穴传输有机分子材料及固态复合电解质。虽然目前固态电解质DSSC电池的效率还比较低，相信随着研究的深入和技术的成熟，固态电解质将会有重大突破5。15DSSC的柔性电极的制备方法研究染料敏化太阳能电池经过多年的发展，其光电转化效率已高达11，但是其基底大多为玻璃，有质量重、易破碎等缺点。20世纪末，人们采用透明导电ITO/PEN或ITO/PET制作导电性
18、塑料薄膜基板，因此这种基板具有重量轻、挠性好、抗冲击、成本低、可进行各种形状或表面设计等优点。到现在柔性TIO2电极制备的方法主要包括水热法、微波辐射法、机械压膜法、沉积法、溅射法和低温烧结等。水热法将纳米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。制得的DSSC的光电转化效率可高达19。微波辐射法将水热法制成TIO2粉末的胶体溶液不含有粘合剂涂到ITOPET薄膜基板上，利用微波电子线照射基板几分钟，得到结晶的TIO2薄膜。2004年
19、，SUCHIDA等用28HZ微波电子线照射基板5MIN，制得电池的光电转换效率高达216。机械压膜法主要是利用压力使TIO2颗粒之间紧密连接成为连续的薄膜，增强TIO2与基体之间的附着力。机械压膜法主要分为静态和动态两种。2001年，GTDAVID等使用这两种机械压膜法制备了柔性TIO2电极，所得电池光电转化效率为23。沉积法一般分为电泳沉积法和化学气相沉积法。电泳沉积法是是将TIO2粉体的醇溶液中放入电泳池中，在静电场的作用下一段时间，将TIO2沉积到柔性基板上。化学气相沉积是将电泳沉积所得的TIO2薄膜置于80的CH32CHO4TI气氛中处理，产生新的TIO2改善了电泳法制备的薄膜中TIO
20、2颗粒之间的颈连接。然后利用紫外辐照去除薄膜中的残余有机物。溅射法用连接到空气压缩机上的喷枪将P25的乙醇溶液溅射到预先加热到一定温度的ITOPET上制成TIO2薄膜。然后将采用MTS810材料实验系统对薄膜进行施压处理，来增强TIO2与基体之间的附着力。总之，目前影响DSSC光电转化效率因素有很多，主要是电极基板与TIO2薄膜的结合程度不是很好，直接导致了染料敏化剂产生的电子在基板与TIO2薄膜这个界面中大量湮没；而且采用的基板大多数是PETITO，其透光性能较差的，因此降低了DSSC对太阳光的利用率，最终导致了6染料敏化太阳能电池光电转换效率很低。因而，柔性DSSC还需要做大量的研究工作才
21、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。虽然在电池光电转化效率上柔性DSSC还无法与传统DSSC相比，但是全球科研人员还是致力于柔性DSSC的研究，主要就是柔性DSSC和传统DSSC相比有着自身很多特有的优势，目前柔性DSSC正在逐步发展成熟起来。如果能研究出一种制备柔性电极的方法，在效率和稳定性都得到了明显的提高，这将会对DSSC的实际应用产生深刻影响。72实验21实验的材料和测试仪器实验材料P25浆料（自制）、导电
22、玻璃（NSG公司FTO面电阻小于16欧，透光率大于84）、玻璃棒、染料（N719）、电解液（05MLII，004MI2和05M四丁基吡啶的碳酸丙烯酯溶液）、对电极（自制，导电玻璃上磁控溅射PT）、氨水（宜兴市第二化学试剂工厂，分析纯）、恒温烘箱（上海一恒科技有限公司DHG9075A）、行星式球磨机（QMISP2CL）、KQ5200型超声波清洗器。实验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。22实验内容及步骤本实验的主要内容是在自制的P25浆料中添加适量氨水，然后在低温条件下制备二氧化钛电极。将二氧化
23、钛电极组装成染料敏化太阳能电池，测试电池的光电转换效率。寻找氨水和二氧化钛粒子的最佳配比，使得太阳能电池的光电转化效率最高。主要的试验流程如图所示221TIO2浆料的制备称取25GP25粉末，然后测取18ML水和3ML冰醋酸，充分混合之后放入行星式球磨机（QMISP2CL），设置转速为280转/分钟球磨6小时，制得所需的浆料。222TIO2薄膜的制备本实验采用NSG公司生产的FTO面电阻小于16欧，透光率大于84的透明ITO导电玻璃作为TIO2浆料涂膜的基底。首先取几块该导电玻璃，用万用电表分别测量出它们的导电面，然后将导电玻璃放在铺有保鲜膜的载玻片上使它们的导电面向上。用金刚石玻璃切割刀将每
24、块玻璃切割成大小相等的小块导电玻璃（34CM）。将切割好的导电玻璃用酒精放入KQ5200型超声波清洗器中清洗干净。用镊子取出导电玻璃，竖直放置，用吹风机将刚清洗好导电玻璃吹干。8利用万用表分别测量出洗干净之后的导电玻璃，和前面一样将玻璃的导电面朝上，用透明胶将导电玻璃的较长两边固定在载玻片上，（注意胶带纸和导电玻璃粘合处大约是23MM），重复黏贴四层胶带纸，将所有导电玻璃都固定在载玻片上。用一根干净的玻璃棒平放在一片导电玻璃的一边，在玻璃棒上滴加12滴P25浆料，然后左右移动玻璃棒，使浆料均匀地涂在导电玻璃上面。待导电玻璃上浆料自然干了之后（时间大概是15分钟左右），撕去最上面的一层胶带纸，然
25、后重新黏上一层新的胶带纸。用同样的方法接着涂膜。分别在每块导电玻璃上涂上4层薄膜、5层薄膜、6层薄膜和8层薄膜。最后撕去玻璃上的胶带纸，并且在相应的薄膜边角上标上4、5、6、8的数字用来区别它们。将制得涂有TIO2薄膜的导电玻璃放入恒温烘箱中烘烤，烘箱的温度设置为150摄氏度，时间是6小时。最后取出导电玻璃，这样我们就制得了薄膜层数不同的二氧化钛电极。223TIO2薄膜的敏化在桌子上面放一层保鲜膜，然后将已制得的二氧化钛电极玻璃放在保鲜膜上，要使涂有二氧化钛浆料一面的朝下，用金刚石切割刀将每块导电玻璃均匀地切割成两小块。把切割好的电极用酒精清洗，然后放在烘箱中烘烤，温度设置为120摄氏度，时间
26、是15分钟左右。取出培养皿，将导电玻璃涂有浆料的一面朝上，并且每块玻璃不能重叠在一起。然后在培养皿中倒入染料，保鲜膜封住培养皿。最后将培养皿放入恒温烘箱中敏化，温度要设置为60摄氏度，且敏化时间是12个小时左右。取出培养皿，然后用酒精清洗敏化好的TIO2导电薄膜，这样就制得了我们想要的染料敏化TIO2薄膜电极。224染料敏化太阳能电池的组装取出一片已经敏化好的导电玻璃，用酒精棉小心地擦去玻璃两端因为前面胶带纸粘过之后而留下的残留物。否则将会影响电池光电转化率的测量。处理完全部导电玻璃之后，取出一块在涂有TIO2薄膜的面上夹上PT电极，并用吸管滴加12滴的电解液（05MLII，004MI2和05
27、M四丁基吡啶的碳酸丙烯酯溶液），电解质由于毛细作用渗入二氧化钛多孔电极。在另一面上夹上遮光片，最后用夹子将他们之间夹住。这样一个DSSC就组装好了。225光电转化效率的测量将组装好的染料敏化太阳能电池放置于光源（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0802V。通过硅电池校正光源强度，得到我们的光源提供了近似于1个标准太阳的功率。DSSC的性能指标主要包括短路电流JSC，开路电压VOC，填充因子FF和总光电转换效率等4个方面。JSC和VOC可以由JV曲线直接读出，填充因
28、子FF和总光电转换效率可以用下式计算得到9上式的VOPT和JOPT为最大输出功率时对应的电压和电流，JSC和VOC可为电池的短路电流和开路电压，PIN为人射光强。226研究氨水对电池影响取三个事先准备好干净的试剂瓶，用滴管分别取3ML前面制备的TIO2浆料，加入三个试剂瓶中，试剂瓶分别贴上标签1、2、3。在1号瓶中加入01ML氨水，在2号瓶中加入02ML氨水，在3号瓶中加入03ML氨水充分混合。取1号试剂瓶中的TIO2浆料涂膜时，当涂到第5层时，薄膜开始有点轻微的裂痕。实验过程中取1号试剂瓶浆料重新涂膜一块导电玻璃，并且规定薄膜涂层是4层。取2号试剂瓶TIO2浆料，和前面操作步骤相同，在导电玻
29、璃上涂上4层薄膜。当取3号试剂瓶中TIO2浆料涂膜时，发现不能成膜，涂膜过程中浆料向导电玻璃四周扩散。向3号试剂瓶中加入05ML的曲拉通溶液，然后用同样的方法在导电玻璃上涂上4层薄膜。最后将制得的三组薄膜电极分别敏化，组装成DSSC，测量它们的光电转化效率。23实验数据处理分析对不同二氧化钛薄膜层数组装成的染料敏化太阳能电池进行光电转化效率的测量，其测量结果如表1所示二氧化钛薄膜层数JSC短路电流MACM2VOC开路电压V转换效率FF填充因子40302304767009426347503658045650114267586082840547203274723580873105275030756
30、897表1不加氨水的TIO2浆料制备DSSC数据由表1的数据显示，当TIO2浆料涂层是6层时，所制得的染料敏化太阳能电池的光电转化效率是最高的，最高效率是03，从前面三组数据显示，随着TIO2浆料涂层的增加，其制得的DSSC10光电转化效率也随着增大，其中6层膜的光电转化效率比4层膜效率高34倍。因此，TIO2薄膜电极中薄膜层数的不同对DSSC影响很大。理论上TIO2浆料涂层的增加，在薄膜敏化过程中，TIO2薄膜吸附了更多的染料敏化剂。当薄膜吸附更多染料敏化剂时，电池就吸收了更多的可见光，光照射下产生的电子增多，而提高了电池的光电转化效率。实验数据和理论分析相吻合。但是当TIO2浆料涂层增大到
31、8层时，制得的DSSC光电转化效率反而有所下降了。这可以理解为随着TIO2涂层的增加，电解质渗入多孔薄膜的难度增大，直接导致染料敏化剂不能被还原。并且随着TIO2浆料涂层的增加，降低了二氧化钛薄膜的透光性，薄膜缺陷和内部空隙增多，影响了电子在二氧化钛电极中的扩散。综合上述原因都可能降低DSSC的光电转化效率。由此我们可以粗略地认为当涂层数为六层时，是该染料敏化太阳能电池的最佳层数。对添加氨水的TIO2浆料制备染料敏化太阳能电池进行光电转化效率的测量，其测量结果如表2所示添加氨水的量（ML）JSC短路电流MACM2VOC开路电压V转换效率FF填充因子01118160577806968637502
32、2040205879073846156030873105275030756597表2加了不同量氨水的TIO2浆料制备DSSC数据图3添加02ML氨水制得DSSC的JV曲线由表2数据显示，我们可以发现加了氨水的TIO2浆料制备出的染料敏化太阳能电池光电转化效率最高可达到07384，并且加入氨水量的不同所制得DSSC的光电转化效率就不同。当3ML的11TIO2浆料中加入01ML氨水时，其光电转化效率达到06968，当3ML的TIO2浆料中加入02ML氨水时，其光电转化效率达到了07384，较前者有了微小提高。3ML的TIO2浆料中加入03ML氨水时，由于不能成膜，加入曲拉通之后制得DSSC，其光电
33、转化效率只有03075。可能加入的曲拉通对光电转化有影响。研究1发现利用酸性TIO2浆料开发无粘合剂的二氧化钛电极时，二氧化钛浆料的粘度可以高达53104CP，这使得二氧化钛薄膜厚度的形成无需通过高温烧结，在150烘干就可制得无粘合剂的二氧化钛电极。在酸性TIO2浆料中加入氨水溶液时变得非常粘稠，它的粘度由加入氨水的量决定的。在二氧化钛胶体溶液中加入氨水后粘度增加的原因，很可能是和纳米粒子的絮凝有关。研究表明当PH为中性时浆料的粘合性是最强的。随着氨水溶液加入，发生中和反应，促进了冰醋酸的电离，根据方程CH3COOHAQNH3AQCH3COOAQNH4AQ随着冰醋酸电离朝正方向进行时，导致CH
34、3COO和NH4离子浓度的增加，这对絮凝和粘度增加是有影响的。这些离子其实扮演着一个“电解质胶水”的作用，将二氧化钛纳米粒子之间结合在一起。因此，在酸性TIO2浆料中加入氨水，促进了二氧化钛粒子之间的相互结合，从而导致了染料激发之后的电子在TIO2薄膜之间的传输，最终提高了DSSC的光电转化效率。本实验表2前两组数据和表1数据充分证明了该原理。另一方面，随着氨水的加入，在质量比NH3TIO20044情况下粘度缓慢下降，这可以主要归因于稀释效应。实验过程中在3ML的TIO2浆料中加入03ML氨水，在涂膜中发现不能成膜，浆料由中间向两边分散。之后在浆料中加入05ML的曲拉通溶液，制成薄膜电极后测量
35、DSSC的光电转化效率，如表2第三组数据所示。结果发现其光电转化效率只有03075，和没加氨水之前所得效率相似。主要原因可以归结为由于本实验没有经过高温烧结，加入曲拉通溶液经过150的热处理之后，曲拉通溶液分子残留在TIO2薄膜之间，影响了电子在薄膜之间的传输，降低了太阳能电池的光电转化效率。对比表2前两组数据和第三组数据可以得出该结论。123结论比较表1和表2的数据显示，我们可以发现加了氨水的TIO2浆料制备出的染料敏化太阳能电池光电转化效率比没加之前有了明显的提高。在没加氨水之前，涂6层膜时其最高的光电转化效率是0327，当3ML的TIO2浆料中加入02ML氨水时，其制得DSSC的光电转化
36、效率达到07384，光电转化效率后者是前者23倍，可以明显看出其光电转化效率有了很大提高。本实验也说明了在酸性胶体中添加氨水，加快纳米颗粒的凝结从而形成无粘结剂TIO2电极。无粘性TIO2浆料的开发是一种低温制造TIO2薄膜的很好的原料。对于柔性染料敏化太阳能电池浆料，找到一种合适的浆料是关键。以酸性胶体为基础制造无粘结剂TIO2电极可以批量生产的。改善无粘结剂TIO2薄膜光电性能和低温制备技术现在正处于发展段阶。13参考文献1NGPARK，KMKIM，MGKANG，KSRYU，SHCHANGANDYJSHIN，CHEMICALSINTERINGOFNANOPARTICLESAMETHODOL
37、OGYFORLOWTEMPERATUREFABRICATIONOFDYESENSITIZEDTIO2FILMS，ADVANCEDMATERIALS，2005，17，234923532HCHANG，TLCHEN，KDHUANG，SHCHIENANDKCHUNG，FABRICATIONOFHIGHLYEFFICIENTFLEXIBLEDYESENSITIZEDSOLARCELLS，JOURNALOFALLOYSANDCOMPOUNDS，2010，INPRESS，CORRECTEDPROOF3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，
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