新型多功能微結構的制備以及在敏化太陽能電池中的應用.pdf

1、由于染料敏化太陽能電池的結構簡單有較高的光電轉化效率，制造過程簡便，被認為是解決能源問題最有前景的一種方法。染料敏化電池能夠實際應用，需要在光電轉化效率和穩(wěn)定性方面取得突破。光捕獲能力和固態(tài)電解質分別是提升這兩方面性能的關鍵因素。通過引入光陽極微納結構，增強其對光的散射和反射，是增強電池光捕獲能力的重要手段之一。但這種方法增加了光陽極無機半導體（如 TiO2）層的厚度，不利于固態(tài)電解質的滲透；更延長了電子輸運的距離，造成電荷復合的概率增

2、大。本論文著眼于這一問題，擬將反蛋白石結構引入固態(tài)電解質中，形成光子禁帶結構，賦予其對特定波長光的反射性能，從而在不增加光陽極TiO2層厚度和不延長電子輸運路徑的前提下來提高電池的光捕獲能力，從而提高電池的能量轉換效率。主要內容如下：
　?。?）用種子生長法制備了不同尺寸的單分散SiO2微球，通過離心分離提純并從新分散到乙醇中，調配濃度5 wt％。用這個懸浮液通過垂直自組裝制備了SiO2蛋白石薄膜，蛋白石薄膜厚度在4~5μm之間。

3、
　?。?）以SiO2蛋白石薄膜為模版，通過隨后的去除模板，制備了具有反蛋白石結構（IOS）的混合聚合物凝膠。聚合物凝膠隨后被用來制備具有光子帶隙（PBG）的凝膠電解質，基于這種凝膠電解質，制備了有機相準固態(tài) DSSCs，并系統(tǒng)的研究了有機相凝膠電解質反蛋白石結構對電池光電性能的影響。I-V曲線表明與參照凝膠電解質相比，具有IOS的凝膠電解質有更高的光電轉換效率。光子帶隙在690 nm左右的反蛋白石結構，有最高的短路光電流（Jsc

4、）和光電轉換效率（PCE），分別為10.2 mA/cm-2和3.85％，并且與無結構的電池相比，光電轉換效率提高了大概10％。在光子帶隙區(qū)域內外的量子效率的提高，顯示了反蛋白石結構通過光的背散射和反射對光捕獲和光電轉換效率提高的作用。電化學阻抗進一步表明與參照凝膠電解質相比，IOS凝膠電解質有更低的擴散電阻，這也對光電轉換效率的提高有作用。此外，IOS可以使DSSCs具有更好的穩(wěn)定性。
　　（3）制備了水相反蛋白石結構準固態(tài)電解質

5、。并系統(tǒng)的研究了水相凝膠電解質反蛋白石結構對染料敏化電池性能的影響，結果表明了反蛋白石結構在敏化太陽能電池中光吸收，光電轉換效率和穩(wěn)定性能的重要性，電池有更高的短路電流（Jsc）、光電轉換效率（PCE）、量子效率（QE）和更好的穩(wěn)定性。光子帶隙在624 nm左右的反蛋白石結構，有最高的Jsc和PCE，分別為4.2 mA/cm-2和1.78％，并且與無結構的電池相比，光電轉換效率提高了大概18％。老化試驗表明聚合物薄膜的存在，降低了染料的