TiO2薄膜的制备方法与其对染料敏化太阳电池性能的影响.pdfVIP

维普资讯 第21卷 第4期 感 光 科 学 与 光 化 学 Vo1．21No．4 2003年 7月 PHOTOGRAPHICSCIENCEANDPHOTOCHEMISTRY July，2003 l、…研…究论……文’l TiO2薄膜的制备方法及其对染料 敏化太阳电池性能的影响 蓝 鼎，罗欣莲，万发荣，龙 毅 (1．北京科技大学材料物理与化学系，北京 100083；2．北京科技大学 材料学系，北京 100083) 摘 要：采用溶胶一凝胶、浆体涂敷、磁控溅射等方法制备 了二氧化钛单层以及 多层膜．通过透射电镜、扫描电镜以及 x射线衍射实验分析 了不同薄膜的结构． 通过比较不同薄膜制作的染料敏化太阳电池性能探讨了薄膜结构的影响．实验 所获得的电池开路 电压可达 708mV，短路 电流可达 13．26ma(电池面积为 1．8 cm_2)． 关键 词：TiOz薄膜；染料敏化；太阳电池 文章编号：1000—3231(2003)04—0262—11 中图分类号：O64 文献标识码：A 太阳能的光电转换长期以来主要是依赖硅基太阳电池来实现 ，但其高昂的成本促使 人们不断寻求新的更加廉价的方式来实现对太阳能的利用．1972年，Fujishima等 J在 Nature杂志上发表了关于Ti02电极上光分解水的论文 ，开始了一个多相光催化的新时 代．TiOz光催化薄膜具有反应性高、反应后无污染、易回收等优点，使得对TiOz光催化性 质的研究成为环境领域最为活跃的一个课题． 与此同时，将 TiOz的应用转向太阳能电池的研究也渐渐展开．1991年，瑞士洛桑高 等工业学院(EPFL)的Gratzel[，0]为首 的研究小组发展了纳米 晶体光 电太 阳能电池 (NanocrystallinePhotoelectrochemicalSolarCell，简称 NPC太阳能电池)，这种基于吸附染 料光敏化剂的纳米 Ti02薄膜的新型光致伏打电池以其原料低廉和制作简单等特点引起 了人们极大的重视，可能成为传统硅基光致伏打太阳电池的替代品 ]．这种太阳能电池 到 目前为止所报道的最好光电转换效率是 10．4％[引．这一研究涉及到半导体薄膜材料、 染料、电解质、导电玻璃 以及封装技术等各个方面，需要各个领域 的研究人员合作． 有关半导体薄膜的研究有采用高压釜法制备TiOz薄膜[]以及制备ZnO／SiO~6]或 收稿 日期：2003—04—23：修回日期 ：2003—05—14 作者简介：蓝鼎(1977一)，男 ，北京科技大学材料物理与化学系硕士研究生，从事染料敏化太阳电池相关研究，通 讯联系人，E-mail：landing77@sina．tom，Tel：010 万发荣(1955一)，男，北京科技大学材料物理与化学系，教授，博士生导师，主要从事能源材料研究． 262 维普资讯 4期 蓝 鼎等：Ti02薄膜的制备方法及其对染料敏化太阳电池性能的影响 263 WO3,TiO~]复合半导体纳米膜等．在染料方面，除了钌染料的工作外，还有研制菁类染 料[8,9]代替钌染料等．最近，McFarlandandTang[10]又提出了一种新的染料电池．这种电 池依赖吸附在金膜上的染料分子来实现光电转换 ，半导体 (TiO2)主要起电子的传输和分 离的作用． Ti 薄膜的晶体结构、尺寸、形貌等对染料敏化太阳电池的特性都有很大影响．例 如，Ti 薄膜与导电玻璃基体的结合状态、Ti 薄膜的纳米晶粒的比表面积、Ti 可能 具有的晶型(锐钛矿、金红石等)都具有重要意义．而如何能够使 Ti 薄膜在具有高比表 面积的同时又能与导电玻璃保持 良好的结合强度，还需要更多的研究． 本论文利用TEM、SEM、X射线衍射等实验方法，分析了各种方法制备的Ti 薄膜 的组织结构，以期得到Ti 薄膜结构与其染料敏化太阳电池性能的相互关系． 1 实验方法 本实验中制备Ti