004《新能源材料》02染料敏化太阳能电池002技术知识.ppt

SOLAR TECH DSSC 制备二氧化钛胶体 溶胶凝胶法制备： 控制Ti(OCH(CH3)2)4等钛盐在一定条件下水解得到溶胶，经过水热处理使晶体生长得到TiO2纳晶，进一步加入添加剂等以制备TiO2胶体。 通过控制水解和水热过程的各种条件参数，可以调节和控制纳晶多孔薄膜的微结构。 溶胶凝胶法制备二氧化钛胶体 （1） 水解过程： pH=2的300ml醋酸水溶液保持在温度为0℃左右的冰浴中。在剧烈搅拌条件下，将36 mL异丙氧醇钛与36 mL异丙醇的混合溶液逐滴加入醋酸水溶液中，异丙氧醇钛水解得到澄清透明溶液。将上述溶液在室温下搅拌过夜。 水解过程主要受酸度和温度的影响，不同的pH值和温度将影响初始生成的TiO2颗粒的大小。 溶胶凝胶法制备二氧化钛胶体 （2） 胶溶过程： 将搅拌过夜后的溶液放入沙浴中，在恒温80℃的条件下剧烈搅拌使溶液中异丙醇挥发完全。此过程能够破坏水解过程中产生的TiO2聚集体，使TiO2颗粒分散均匀，形成淡蓝色透明溶液。 溶胶凝胶法制备二氧化钛胶体 （3） 水热过程： 淡蓝色透明溶液放置到内嵌Teflon杯的钛制高压釜中，在温度为230 ℃的条件下水热12小时，可得到白色的TiO2沉淀。待溶液冷却后超声分散30分钟。 在高温高压的水热条件下TiO2颗粒重新溶解后再结晶并逐渐生长。水热过程的温度直接影响TiO2颗粒的粒径分布及晶型，从而影响薄膜电极的性能。 溶胶凝胶法制备二氧化钛胶体 （4）浓缩过程： 水热过程后得到的5％TiO2胶体溶液，在温度为120 ℃的沙浴中不断搅拌蒸发，得到最终固含量约为12-17 ％的TiO2胶体溶液。 在较低温度下搅拌蒸发使TiO2胶体溶液中的一部分水和醋酸蒸发掉，以增加胶体的固含量，调节所涂膜的厚度。固含量太低时，胶体的粘度小，涂膜时发生薄膜收缩现象，严重影响薄膜的均匀性；固含量太高时，涂膜时薄膜表面出现凹凸不平整现象，薄膜的均匀性也比较差。 溶胶凝胶法制备二氧化钛胶体 溶胶凝胶制备得到的二氧化钛TEM图谱 粉末配制法制备二氧化钛胶体 去离子水和P25粉末按质量比89:11混合。 混合物超声分散15 min，加入质量约为P25粉末9%的乙酰丙酮以防止TiO2颗粒重新结块，并加入质量约为P25粉末4.5%的表面活性剂Triton X-100。 加入质量约为P25粉末30%的聚乙二醇（PEG，分子量为20，000），以增加TiO2膜的孔隙率。 粉末配制法制备二氧化钛胶体 粉末配制法得到的二氧化钛TEM图谱 二氧化钛电极制备 将导电基底裁成小片，采用乙醇/丙酮混合溶剂超声15分钟以除去基片表面的灰尘及部分表面油脂，放入加有洗涤剂的去离子水中再超声清洗15分钟，除去残留的部分油脂和表面有机物。将实验片放入去离子水中，再次超声清洗15分钟，洗去含污物的洗涤剂和一些无机污染物。再用去离子水超声15分钟进行漂洗，漂洗结束后，将基片置于洁净工作台内，待晾干后放入异丙醇溶液中浸泡保存，需要时随时取用。 二氧化钛电极制备 将基片清洗烘干，贴好真空胶带以留出引线电极。 基片上滴加TiO2胶体，用刀片（玻棒）展开成膜，胶带控制膜厚。 膜在红外灯下烘干，放入马弗炉中450℃保持30 min。高温烧结除去有机杂质，形成良好的电接触。 在导电玻璃基片上涂膜 溶胶-凝胶法制备TiO2胶体，20nm 纳晶颗粒。浅蓝色透明。 二氧化钛薄膜 TiO2互联形成三维多孔网络结构 N3 Black dye 3.2 染料 染料要求：吸收尽可能多的太阳光, 与纳晶能带匹配,激发态寿命长,紧密吸附在纳晶表面（－COOH,-SO3H,－PO3H2）,长期稳定性 3.2 染料 N3染料对红光及近红外区的吸光能力不足。 Black dye吸光能力好,但稳定性差。 太阳光谱图 UV Visible Infrared 48% 太阳光辐照强度 AM 1.5太阳光谱 氙灯光谱 DSSC中N3染料的单色光响应谱 IPCE--N719 dye to 16 + 4 μm TiO2 film IPCE = 83% AM1.5 (1000 W/mcm2) current = 16.9 mA/cm2 染料敏化的二氧化钛电极 染料的吸附：将纳晶TiO2薄膜电极在100 ℃烘箱中加热1小时后取出，随即浸入5×10-4 mol/L 4，4′-二羧酸联吡啶钌染料（顺－二硫氰根-二（2，2′-联吡啶-4，4′－二羧酸）合钌（Ⅱ））的无水乙醇溶液中，吸附12小时。取出用无水乙醇冲洗后晾干。 染料的脱附：把吸附了的