《电极处理对染料敏化太阳电池性能的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电极处理对染料敏化太阳电池性能的影响（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、化合物半导体和空间用太阳电池及材料2 4 5 电极处理对染料敏化太阳电池性能的影响术【摘一要】【关键词】、 方霞琴戴松元徐炜炜孔凡太翁坚、 隋毅峰张昌能肖尚峰王孔嘉中国科学院等离子体物理研究所太阳能材料与工程实验室安徽合肥2 3 0 0 3 1采用不同方法对染料敏化太阳电池( 简称D S C s ) 光阳极及对电极进行处理，考察了各种不同电极处理方法对D S C s 光伏性能的影响。结果表明? 电沉积处理和T i C l 4 水溶液处理光阳极，可明显增大电池的短路电流密度并提高电池的光电转换效率。镀铂镜反电极比普通镀铂反电极的电池效率要高1 0 ，而加印银条栅极的电池效率要较未加的电池效率高8
2、 ，同时通过不同电极处理方法的优化组合，可明显提高D S C s 的光电转换效率，这为大面积电池的进一步研究以及将来产业化生产打下了良好的基础。染料敏化太阳电池电沉积优化效率E f f e c to ft h eE l e c t r o d e sT r e a t m e n tO i lt h eP h o t o v o l t a i co fD y e - S e n s i t i z e dS o l a rC e l l sF A N GX i a q i nD A IS o n g y u a nX UW e i w e iK O N GF a n t a iW E N G
3、J i a nS U IY i f e n gZ H A N GC h a n g n e n gX l A OS h a n g f e n gW A N GK o n g j i aD i v i s i o n o f S o l a r E n e r g y M a t e r i a l s a n d E n g i n e e r i n g ，I n s t i t u t e o f P l a s m a P h y s i c s ，C h i n e s e A c a d e m y o f C h i n a ，H c f e i ，A n h u i 2 3 0
4、 0 3 1染料敏化太阳电池( 简称D S C s ) 产业化是目前D S C s 领域的一个研究热点1 1 。纳米T i 0 2多孔薄膜电极以及对电极是染料敏化纳米薄膜电极的重要组成部分。其性能优劣直接决定了电池的光电转换效率。本文采用多种方法对；D S C s 中的光阳极和对电极进行处理，提高了电池的光电转换效率。1 实验部分1 1阳极氧化法电沉积纳米T i O z 致密层。按参考文献2 1 的方法，通过导电玻璃( T C O ，导电膜为掺F 的S n 0 2 膜) 表面T i C l 3 溶液阳极氧化电沉积来制备纳米T i 0 2 致密层。通过控制反应时间和两电极之间的距离来调节电沉奉国
5、家重点基础研究发展规划项目资助( 资助号：2 0 0 6 C B 2 0 2 6 0 0 ) o2 4 6 中国太阳能光伏进展积在T C O 电极上的T i ( ) 水化薄膜的厚度和质量。该方法制得的纳米T i 0 2 薄膜纯度高、致密。1 2 旋涂水解法制备纳米T i O z 致密层 。tk 室温下将一定比例的盐酸和钛酸四异丙酯( 9 8 ，F l u k a ) ，混合液旋涂在导电玻璃上制备T i 0 2 致密层。，1 3T i C I 水解法修饰薄膜电极将导电玻璃或烧结后的T i 0 2 薄膜电极放入O 0 5m o F L 的T i C l 4 溶液中6 0 。c 恒温处理2 0r a
6、 i n 。取出用大量去离子水冲洗后于4 8 0 。C 空气气氛下烧结。1 4 表征测试方法采用F E I 公司生产的S i d o n2 0 0 型场发射扫描电子显微镜( F E S E M ) 观察处理前后电池光阳极T i 0 2 薄膜表面纳米颗粒的粒径和形貌。D S C s 光伏性能的测试是通过标准光源和数字源表，由T e s t p o i n t 伏安特性测试软件自动完成D S C s 光伏性能的测试和数据输出。电池的组 装按文酬3 1 的方法进行。2 结果与讨论2 1不同光阳极处理方法对D S C s 光伏性能的影响实验中我们分别采用阳极氧化水解法，旋涂法以及T i C l 4 水
7、解法对纳米T i 0 2 光阳极进行不同方式的修饰处理，经高温烧结后形貌图如图1 所示。从图1 中可以看出，增加致密T i 0 2层修饰的薄膜电极，大大改善了纳米T i 0 2 颗粒之间及其与导电玻璃之间的接触，有利于电子的传输。图1F E - S E M 形貌图( a ) T C O 表面形貌；( b ) 旋涂致密层表面形貌；( c ) 电沉积表面形貌；( d ) 电沉积致密层后的截面图；( e ) T i c l 4 处理多孔膜表睁形貌；( ! ) 多孔辟上哥次沉积T i 0 2 致孝层表面形貌。：化合物半导体和空间用太阳电池及材料2 4 7 表1 列出了基于不同方法处理的纳米T i 0
8、2 的D S C s 光伏性能。增加致密层后电池的效率均有所提高，且以电沉积方式处理的电池性能最佳。在致密层上面丝网印刷多孔T i 0 2 薄膜，由于多孔膜与致密膜属于同种物质，有良好的晶格匹配性，比纯粹多孔T i 0 2 膜与T C O 接触更好，能有效地减少电荷复合反应的发生，增大了电子的收集效率，使得电池的短路电流密度和光电转换效率均有明显提高。表1纳米薄膜光阳极不同处理方法对D S C s 光伏性能的影响电池编号州。J l c m A c m “ 2F F处理方法AO 6 51 3 7 00 7 06 2 8未处理B、O 6 61 4 2 00 7 06 5 6U L I N TCO
9、6 61 4 5 00 6 96 6 9U L Z N T，、D 0 6 6一1 4 6 0O 7 06 7 4U L 3 N TEO 6 61 4 8 3O 6 96 7 5N T O L 3F0 6 71 5 2 0O 6 97 1 8U L 3 N T O L 3G0 6 71 5 5 0O 7 07 2 3U L 3 仆i T 门n C l 4+ U L ：导电玻璃上的致密层；O L ：多孔膜表面的电沉积层；N T 纳米多孔T i O z 薄膜；1 - 旋涂。2 - T i C I , 水解。3 电沉积。在多孔膜上直接进行电沉积，其性能亦有所改善，其机理和效果类似于T i C l 4
10、处理。电 池F 和G 中T C O 与多孔膜之间均通过电沉积增加了致密层。对比F 和G ，T I C l 4 处理后电池短路电流密度明显增大。且电池G 的效率相对F 也有所提高，这与T I C l 4 处理时的浓度有一定的关系。2 2 反电极修饰对D S C s 光伏性能的影响D S C s 中，对电极是由透明导电玻璃上负载一定量的金属铂( 约5 1 0I - L g c m 2 ) 所组成，本实验是通过降低反电极内阻来改善D S C s 的光电转换效率，实验中分别采用镀铂镜和在导电玻璃上印刷银栅极的方法来减小接触电阻，其结果分别列在表2 和表3 中。可以看出，镀铂镜和银栅极的引入使电池的填充
11、因子和效率有明显的提高。D S C 的光电转换效率分别提高了1 0 和8 。表2 不同对电极对电池性能的影响电池编号、7 ，烈以新【l 认c m 一2F F反电极类型C 10 7 l1 4 3 00 5 85 9 9普通铂反电极C 20 7 11 4 1 0O 6 66 6 0+ 镀铂镜反电极表3 银栅极对电池性能的影响电池编号 c ，m A c m 2F F电极类型C 30 7 01 5 4 0O 6 06 5 6不加银条C 4O 7 01 5 3 0O 6 67 0 5加印银条2 4 8 中国太阳能光伏进展3 结论研究了不同方式处理染料敏化太阳电池光阳极和铂反电极对D S C s 光伏性能
12、的影响。通过光阳极的修饰处理，可改善导电玻璃表面与多孔膜的电接触，优化多孔膜内粒子间的内联结并且提高T i O z 表面活性，电池的短路电流密度和光电转换效率明显增大。镀铂镜反电极和加印银栅极可以降低电池内阻，提高电池的光电转换效率。因此，通过电极的优化处理，可明显提高D S C s 的光电转换效率，这将为大面积电池关键技术的研究以及将来产业化生产打下了良好的基础。参考文献【1 】D a iS o n g y u a n ，K o n g j i aW a n g ，J i a nW e n g ，e ta 1 D e s i g no fD S Cp a n e lw i t he f f i c i e n c ym o r et h a n6 S o l a r E n e r g y M a t e r i a l s & S o l a r C e l l s ，2 0 0 5 ，8 5 ：4 4 7 4 5 5【2 】徐炜炜，戴松元，方霞琴等电沉积处理与染料敏化纳米薄膜太阳电池的优化物理学报，2 0 0 5 ，5 4 ( t 2 ) ：5 9 4 3 5 9 4 8【3 】方霞琴，戴松元，王孔嘉等小面积染料敏化纳米薄膜太阳电池的优化研究太阳能学报，2 0 0 6 ，在排印中
