基于TiO2納米纖維-棒的鈣鈦礦太陽(yáng)電池研究.pdf

1、由染料敏化太陽(yáng)電池(DSSC)發(fā)展而來(lái)的鈣鈦礦太陽(yáng)電池(PSSC)，自2009年問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)短短幾年的發(fā)展，電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過(guò)20％，2013年被Science期刊評(píng)為年度世界十大科技進(jìn)展之一。鈣鈦礦太陽(yáng)電池由于其持續(xù)快速提升的高效率、制備工藝簡(jiǎn)單、成本低以及可實(shí)現(xiàn)柔性大面積印刷等優(yōu)勢(shì)，受到越來(lái)越多研究者的關(guān)注，成為光伏電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前提高鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)換效率及改善其穩(wěn)定性的方法主要包括器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、鈣鈦礦晶體薄膜的形

2、貌調(diào)控和界面緩沖層的修飾等。本論文主要探究了鈣鈦礦太陽(yáng)電池的介孔層，致密層和對(duì)電極對(duì)電池性能的影響。
　　首先，對(duì)于鈣鈦礦太陽(yáng)電池而言，介孔層擔(dān)負(fù)著極其重要的作用，它不僅是電子傳輸層，更是作為吸光劑的鈣鈦礦晶粒的支撐框架。介孔層的孔隙可以引導(dǎo)鈣鈦礦的晶粒生長(zhǎng)，從而影響鈣鈦礦的結(jié)晶性和形貌。本文通過(guò)靜電紡絲在處理過(guò)的FTO導(dǎo)電玻璃上制備TiO2納米纖維膜，經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)得到FTO導(dǎo)電玻璃/TiO2致密層/TiO2納米纖維層的光陽(yáng)極。利

3、用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、X射線衍射儀(XRD)表征獲得的樣品，結(jié)果顯示，500℃燒結(jié)后，得到的TiO2納米纖維層由銳鈦礦組成。此外又通過(guò)簡(jiǎn)便的刮涂法制備了基于TiO2納米棒的鈣鈦礦太陽(yáng)電池，TiO2納米棒是將靜電紡絲制備的TiO2納米纖維經(jīng)過(guò)超聲處理制得，直徑和長(zhǎng)度分別約為100nm和2μm。對(duì)比兩種不同介孔層的鈣鈦礦太陽(yáng)電池的光電性能，發(fā)現(xiàn)基于TiO2納米纖維的鈣鈦礦太陽(yáng)電池具有更優(yōu)異的光電性能，分析可知是因?yàn)榧{米纖維層的存

4、在使得光陽(yáng)極膜具有更高的孔體積，進(jìn)而賦予了鈣鈦礦更高的負(fù)載率。
　　其次，對(duì)于鈣鈦礦太陽(yáng)電池來(lái)說(shuō)，影響電池效率的主要因素之一是光生電子與空穴傳輸材料中的空穴發(fā)生復(fù)合，導(dǎo)致電流輸出效率較低。目前采用的，被認(rèn)為最能有效抑制電子復(fù)合的方法之一，是在FTO導(dǎo)電玻璃和TiO2介孔層之間添加一層致密層，這樣可以抑制電子逆?zhèn)鬟f，提高電池效率。本文分別通過(guò)水熱法和旋涂法制備出兩種不同的TiO2致密層，比較其對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)電池光電性能的影響。并通過(guò)水

5、熱法制備了不同厚度的TiO2致密層，以研究致密層厚度對(duì)電池性能的影響，得出水熱法制備的TiO2致密層的最佳厚度為～300nm。
　　最后，由于Au作為鈣鈦礦太陽(yáng)電池的對(duì)電極時(shí)需要在高真空設(shè)備下進(jìn)行，不適合商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。因此，選擇一種優(yōu)異的對(duì)電極材料不僅可以保證電池的性能，還可以提高電池穩(wěn)定性，對(duì)于鈣鈦礦太陽(yáng)電池未來(lái)的大規(guī)模生產(chǎn)至關(guān)重要。本論文圍繞降低鈣鈦礦太陽(yáng)電池成本及提高器件的穩(wěn)定性進(jìn)行了一些探索性研究，初步制備了基于碳對(duì)電