磁控溅射技术在敏化电池上的应用.doc

生态能源和材料科学与工程采用射频磁控溅射技术Youl-moon sung* 庆星大学电气工程学院，釜山608-736，韩国 摘要 用染料分子/电解质（i-/i3）对已使用透明可导电的掺氟二氧化锡（FTO）染料敏化电池附着玻璃/多孔TiO2层/镀Pt的FTO玻璃结构。在这项工作中，之前的纳米多孔二氧化钛层上的FTO玻璃去，其致密层小于100nm的Tio2作为电子阻挡层直接用（RF）磁控溅射技术沉积在FTO的涂层上。在用AM低于1.5100mW/cm^2的照射时，能量转换效率所制备的DSC，其厚度达到60nm的电子阻挡层为6.77%(VOC=0.715V,JSC=12.932mA/cm^2时，FF=0.74)这比没有电子阻挡层的普通电池增加了1.27%。 关键：阻挡层，染料敏化太阳能电池，射频磁控溅射，纳米多孔膜，二氧化钛使用新一代能量收集装简单的结构和工艺，低成本的制造，透明度，颜色控制和适用性灵活的2-4]。 DSCS包一个宽能带隙的纳米多孔金属氧化物膜二氧化钛上沉积导电氧化物层作为电子传输层纳米多孔二氧化钛常用于DSC的嵌入染料分子的高密度吸附到TiO 2表面一般的DSC光电阳极是由染料附着纳米多孔二氧化钛薄膜涂敷在透明导电掺氟二氧化锡（FTO）大量的包裹TiO2纳米粒子然而，电子/电荷在纳米颗粒的电子捕集层的性能由于二氧化钛层的多孔结构在FTO玻璃和TiO 2纳米颗粒之间的界面上几乎是暴露电解质在FTO层的电解在DSC上的FTO电极上的电子阻挡层可以纳米多孔TiO 2涂层镀膜到FTO玻璃电极小于100nm致密的TiO2薄膜通过射频磁控溅射到FTO被从电解液中分离出来为电子阻挡层制造的DSC的各种阻挡层厚度的光生电压特性进行了实验研究阻挡层的条件和电池效率的关系分析其光电转换效率和电化学阻抗二氧化钛阻挡层的制备图1RF磁控溅射装置的示意图二氧化钛层作为阻挡层沉积在FTO玻璃TiO2薄膜沉积到FTO玻璃衬底和之间的距离为100毫米TiO2薄膜氧化钛层的厚度范围20~80nm。 二氧化钛薄膜的微结构和厚度场发射扫描电子显微镜（FE-SEM，日立S-4300能量色散X射线光谱（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）被用来研究二氧化钛层的化学反应纳米TiO2薄膜和电池的制造电池的制造过程中已经在别处[6-9图DSC的光阳极阻挡层的制造过程μm（TI-20，ENB韩国. Blade法涂覆到TiO2/FTO玻璃随后在450热处理30分钟溶胶 - 凝胶燃烧法来生产纳米多孔二氧化钛氧化钛凝胶450℃烧结温度均匀的球形形态的纳米粒子制备的纳米多孔二氧化钛电极的有效面积为25平方毫米（5mm×5mm的）。染料（N719）在叔丁醇/乙腈溶液二氧化钛光阳极吸附浸渍 用铂溅射的FTO玻璃染料吸附的TiO 2光阳极25微米的Surlyn加热密封Surlyn和盖玻璃的钻孔为了揭示二氧化钛阻挡层对光伏性能的影响利用电化学阻抗分析仪（IM6，ZAHNER EIA）测定阻抗分布和DSC的制造转换效率和太阳模拟器(XES-301S+EL-100; SAN-EI ELECTRIC)图3SEM横截面图像和在300的衬底温度下溅射法TiO2/FTO玻璃的轮廓纳米/分钟形式均匀地TiO 2层和支持层的厚度和淀积时间之间的线性关系从二氧化钛层到FTO玻璃层的EDS线扫描配置表明钛突然从7 A.U.下降检测范围10 A.U.恰如预期的FTO组分相同。从图3的结果可以看出，即显然证实了在FTO膜纳米级二氧化钛层二氧化钛区域 图4显示了由射频磁控溅射TiO 2层的XPS谱图TiO2/FTO层Ti，O和C信号碳可主要来自于表面的污染物FTO玻璃特性的元素在XPS检测属Sn和SnO220纳米厚的二氧化钛层表现出金属Sn的峰强度与比40纳米厚的二氧化钛层的更高从该XPSFTO表面 图5显示了DSC的样品使用RF磁控管溅射5至20分钟的阻挡层的阻抗特性。三个半圆被分配到与在反电极（R1）的电荷传输阻抗，在TiO 2纳米颗粒/染料/电解质界面（R 2）和电解液中（R 3）通过离子载流子输运电阻的Rh的定义是在高频率范围内薄层电阻的FTO层和FTO和二氧化钛之间的接触电阻影响TiO 2层R2，R3和Rh分别为21.6，44.6，23.2R2，R3和Rh分别为21.9, 43.5, 23.9 36.5Ω不等。Rs是82.3Ω。60纳米下R1，R2，R3和Rh分别为22.1, 45.6, 23.2R2，R3和Rh分别为从阻抗分布，在大于60nm的样品显示出小于40 nmTiO2层厚度不完全覆盖）或电子穿过薄TiO 2层泄漏到电解质有效地阻止电子的泄漏二氧化钛阻挡层0.2平方厘米氧化钛阻挡层的有源区电流（I）和电压（V ）一个150瓦的太阳能模拟器产生的模拟太阳光在AM-1.5用二氧化钛