染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳能电池报告人：王海平时间：2011.05.28染料敏化太阳能电池（DSSC）评价DSSC的技术指标2DSSC的组成及工作原理31DSSC光阳极的优化33将来的计划4DSSC的组成及工作原理DSSC的组成部分DSSC的工作原理DSSC的组成DSSCTiO2纳米晶多孔半导体薄膜光敏材料（N719）氧化还原电解质(I3-/I-)Pt对电极DSSC的工作原理1、S+hv→S*(S为染料基态，S*为染料激发态)2、S*→S+(氧化态dye)+e-(进入TiO2导带)3、2S++3I-→2S+I3-（染料的再生）4、I3-+2e-→3I-（电解质的还原，在对电极上发生）评价DSSC的技术指标光电转化效率(IPCE))(1025.13入射单色光的光强入射单色光的波长，密度，单色光下的短路光电流inscinscPIPIIPCEIPCE与入射单色光波长之间关系曲线称为光电流工作谱，它可以直观的反应DSSC对不同入射光波长的利用效率。I–V曲线光电流工作谱可以很好的反应DSSC对某一单色光的转化效率，却很难反应出DSSC在太阳光照射下的真实的工作状态，而I-V曲线则可直观的反映DSSC在太阳光下性能从I-V曲线中可以得到以下参数：Isc,Voc，填充因子（fillfactor;FF）,光能-电能转化效率（）的电流和电压率为电池具有最大输出功填充因子：optoptoptocscoptoptocscoptPVIVIVIVIPFF,;为输入光功率为最大输出功率，电能转化效率：光能inoptinoptPPPP;-DSSC的光阳极的优化三、TiCl4的处理（下次）二、TiO2膜表面处理及修饰一、烧结工艺光阳极的优化焙烧工艺不同的焙烧方式对膜厚的影响焙烧工艺对二氧化钛结晶性能的影响焙烧工艺对薄膜形貌的影响焙烧方式方式1：印刷一层Ti02浆料后，静置3min，烧结。降温至室温时，取出，重复印刷、静置、烧结。方式2：印刷一层Ti02浆料后，静置3min,125°C干燥6min，取出后冷却，重复印刷、静置、干燥，烧结。对膜厚的影响焙烧方式1焙烧方式2焙烧最适温度不同的焙烧温度对TiO2的晶型及晶粒尺寸有比较大的影响，为了得到最适焙烧温度，分别采用相同的升温速率（10度/分钟）直线升温至400˚C，425˚C，450˚C，475˚C，500˚C，525˚C，550˚C，575˚C后保温30min，自然降温至室温。温度对TiO2结晶性能的影响温度从400˚C增至525˚C的过程中，（101）面衍射峰的强度逐渐加强，当温度为525˚C时，衍射峰在25.4º处达到最强，此峰属于锐钛矿的特征峰。焙烧曲线固定焙烧的温度为525˚C，将直线升温方式变为梯度升温的方式。Curve1Curve2Curve3焙烧曲线曲线1-3X射线衍射图谱采用梯度升温的方式后，衍射峰的强度进一步增强。利用焙烧曲线3，可以得到结晶性能比较理想的TiO2颗粒。焙烧工艺对薄膜形貌的影响ABCD焙烧方式1（525°C梯度升温）焙烧方式2（525°C梯度升温）方式1和方式2得到断面都比较平整，厚度几乎相同，方式1得到的薄膜稍厚（约厚0.5um）方式2得到的晶粒尺寸与孔洞稍大。总结对TiO2薄膜的焙烧方式：采用丝网印刷技术均匀印刷完TiO2浆料后，静置5min，125˚C干燥6min，利用Curve3，自然冷却到室温，得到的纳米晶TiO2薄膜空隙大、表面断面平整，光吸收效率高。TiO2膜表面处理及修饰TiO2膜修饰：包覆、绝缘钝化、酸碱处理等。包覆：可以轻微的引起导带的负移，形成能量势垒，该势垒可以帮助电子注入，阻滞电子向相反的方向扩散。AL2O3、TiO2、MgO、ZnO包覆SnO2膜。SiO2：禁带宽度约为5.2eV(TiO2为3.2ev)，可能会提高短路电流和开路电压，继而提高了电池的效率，原料来源丰富。包覆SiO2对电池的影响包覆SIO2对厚度的影响包覆SiO2对晶型的影响包覆SiO2对形貌的影响包覆SiO2对比表面的影响包覆SiO2对DSSC光电性能的影响不同含量SiO2对薄膜厚度的影响层数SiO2含量一层（um）二层（um）三层（um）四层（um）五层（um）0wt%SiO23.387.4214.618.121.72.5wt%SiO22.324.899.9713.1817.645wt%SiO23.497.4313.3815.3820.567.5wt%SiO22.985.8211.816.0421.810wt%SiO22.266.6713.1415.6120.812.5wt%SiO22.325.9611.9515.4319.2215wt%SiO23.579.1812.9114.4720.16随着SiO2/TiO2的质量比增大，薄膜的厚度略有所下降，当质量比为15%时，薄膜的厚度有部分的增加。不同含量的SiO2对晶型的影响不同含量的SiO2对形貌的影响A0B2.5C5.0D7.5E10.0F12.5G15.0复合薄膜的微观形貌有些不同，复合薄膜纳米颗粒在三维空间堆积而成，颗粒尺寸变化不大，随着掺杂量的不同，孔洞多少有所不同。团聚不同SiO2量掺杂对比表面的影响SiO2与TiO2的质量比比表面积（m2/g）孔容（cm3/g）孔径分布峰值（nm）0%52.1120.541834.272.50%58.3140.614634.305%63.9820.578631.137.50%67.4880.622137.0410%68.2460.690933.5012.50%71.7570.708734.0815%53.840.610646.67颗粒尺寸变化不大，但比表面积最大增加了38%，孔容最大增加了31%不同SiO2量掺杂对光电性能的影响DSSCs开路电压Voc(V)电流密度Jsc/(mAcm-2)填充因子FF(%)效率η(%)0%0.7626848.880.61948414.19552.5%0.77486799.840.6387458374.87025%0.752734116.260.5655889546.89697.5%0.7178921.140.5550910218.425410%0.7316016.380.5942232117.121212.5%0.7232115.980.6015710876.951915%0.76414415.610.5619610696.6989将来的工作计划调研TiO2浆料制备技术加深对DSSC电子传输动力学机理理解（电子复合过程）总结实验，发表论文（重点）我相信太阳能电池技术的发展必定使我们的生活更加便捷，我们的生活方式也将会随之发生巨大的变化！