《新能源材料》染料敏化太阳能电池

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36mL异丙氧醇钛与36mL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15min，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TritonX-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

粉末配制法制备二氧化钛胶体TiO2可分为锐钛型(Anatase)、金红石型(Rutile)和板钛型(Brookite)三种。金红石稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率;锐钛型为不稳定晶型，在可见光短波部分的反射率比金红石型二氧化钛要高，带蓝色色调，并且对紫外线的吸收能力比金红石型低。相同膜厚条件下，20×80nm棒状金红石晶型构成的薄膜电池的开路光电压没有变化，其短路光电流只有锐钛矿晶型薄膜电池的30%，金红石晶型薄膜一方面是染料吸附量低，另一方面电子传输速度慢，而且金红石晶型对染料的降解作用比锐钛矿晶型大，会影响电池的长期稳定性能，应避免金红石晶型出现。

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。

二氧化钛钛电极制制备将基片清清洗烘干干，贴好好真空胶胶带以留留出引线线电极。。基片上滴滴加TiO2胶体，用用刀片（（玻棒））展开成成膜，胶胶带控制制膜厚。。膜在红外外灯下烘烘干，放放入马弗弗炉中450℃℃保持30min。。高温烧烧结除去去有机杂杂质，形形成良好好的电接接触。在导电玻玻璃基片片上涂膜膜溶胶-凝凝胶法制制备TiO2胶体，20nm纳晶晶颗粒。。浅蓝色色透明。。二氧化钛钛薄膜TiO2互联形成成三维多多孔网络络结构N3Blackdye3.2染染料染料要求求：吸收收尽可能能多的太太阳光,与纳纳晶能带带匹配,激发态态寿命长长,紧密密吸附在在纳晶表表面（－－COOH,-SO3H,－－PO3H2））,长期期稳定性性3.2染染料N3染料料对红光光及近红红外区的的吸光能能力不足足。Blackdye吸吸光能力力好,但但稳定性性差。太阳光谱谱图UVVisibleInfrared48%太阳光辐辐照强度度AM1.5太太阳光谱谱氙灯光谱谱DSSC中N3染料的的单色光光响应谱谱IPCE--N719dyeto16+4µµmTiO2filmIPCE=83%AM1.5(1000W/mcm2)current=16.9mA/cm2染料敏化化的二氧氧化钛电电极染料的吸吸附：将将纳晶TiO2薄膜电电极在100℃℃烘箱箱中加热热1小时时后取出出，随即即浸入5×10-4mol/L4，4´-二二羧酸联联吡啶钌钌染料（（顺－二二硫氰根根-二（（2，2´-联联吡啶-4，4´－二二羧酸））合钌（（Ⅱ）））的无水水乙醇溶溶液中，，吸附12小时时。取出出用无水水乙醇冲冲洗后晾晾干。染料的脱脱附：把把吸附了了的染料料的薄膜膜电极在在一定体体积（10ml）的的0.05mol/L的的氢氧化化钠水溶溶液中浸浸泡120分钟钟，待染染料完全全脱附后后，用紫紫外-可可见分光光光度计计（UV-120-02）室室温下测测定染料料脱附液液在520nm的吸光光度，通通过测量量脱附液液的吸收收光谱，，计算薄薄膜电极极的染料料吸附量量C(molcm-2)。。染料敏化化前后的的二氧化化钛电极极表面粗糙糙度纳晶多孔孔薄膜电电极具有有很大的的比表面面积，可可以通过过测量表表面粗糙糙度，即即电极的的实际面面积与几几何面积积之比来来反映。。用已知知单分子子面积A0的染染料分子子（（顺顺-二硫硫氰根－－二（2，2´´-联吡吡啶4，，4´-二羧基基）合钌钌（Ⅱ）））（已已知A0约为1nm2），，通过在在半导体体纳晶多多孔薄膜膜电极上上的吸附附再脱附附来推算算电极的的真实面面积（S），和和电极的的几何面面积（S0）相相比即可可确定表表面粗糙糙度。3.3电电解质质材料液态染料料敏化太太阳能电电池效率率高,但但长期期稳定性性差。0.5mol/LKI/0.05mol/LI2/丙丙稀碳酸酸脂（PC）-乙烯碳碳酸脂（（EC））混合溶溶液（体体积比2：8））为电解解质溶液液。液态电解解质的缺缺点：(1)溶溶剂易易挥发;(2)密密封工工艺复杂杂;(3)易易导致致敏化染染料的脱脱附;(4)与与敏化化染料作作用导致致染料降降解;(5)存存在其其他氧化化还原反反应;……3.4电电解质质固体化化固态染料料敏化太太阳能电电池长期期稳定性性好,但但效率低低：固态态电解质质粘度大大,扩散散系数小小,多孔孔ＴｉＯＯ2电极仅有有20ｎｎｍ左右右孔径,固体体电解质质不容易易填充并并与ＴｉｉＯ2及染料取得良良好导电接触触,商业化目标：：电解质固体体化是提高电电池长期稳定定性和使用寿寿命的根本办办法。准固态染料敏敏化太阳能电电池：兼顾稳稳定性和效率率。3.5柔性化化重要开发方向向之一是柔性性太阳能电池池。柔性电池具有有可弯曲,重重量轻,随身身携带方便等等特点。扩大大了使用范围围。目前最昂贵的的构成材料为为透明导电玻玻璃(60%),柔性性电池有利于于降低成本。。柔性电池基板板不耐高温,所以制作电电池的关键是是如何不通过过高温热处理理过程而得到到高质量的薄薄膜电极。准固态电解质质材料采用性能较高高、稳定性较较好的准固态态电解质体系系，制备准固固态DSSC。电解质体系是是I3-/I-电对，阳阳离子是Li+，以聚氧氧乙烯PEO（分子量为为2，000，000））作为聚电解解质载体，聚聚氧乙烯上含含有氧乙烯单单元，能够与与Li+进行行络合从而增增大导电能力力。配制聚合物电电解质：将0.100g的LiI和0.019gI2按溶解在5mL乙腈和和5mL碳酸酸丙稀酯的混混合溶液中，，然后加入0.038gP25粉粉体，经超超声分散后加加入0.265g的聚氧氧乙烯PEO调节粘度，，最后加入44μL的四四特丁基吡啶啶，超声分散散均匀。准固态电解质质材料这种准固态电电解质粘度较较大，但又具具有一定的流流动性，有利利于向TiO2薄膜中的的渗透和填充充。白色的颗颗粒物是加入入准固态电解解质中的P25粉体。3.6对电电极的制备染料敏化太阳阳能电池的对对电极目前主主要是在导电电玻璃上采用用负载铂,提提高碘的还原原反应速度。。制备热分解镀镀铂对电极：：将5mmoL的H2PtCl6异丙醇溶液液滴加到导电电玻璃的表面面，待液体完完全铺展成均均匀的液膜后后，在空气中中晾干，放入入380°°C的马弗炉炉中烧结15min。。上述过程重重复数次可增增加Pt层厚厚度。3.6对电电极的制备实验表明，一一次镀Pt的的对电极表面面呈现不连续续的暗黑色斑斑点或条纹，，多次镀Pt的对电极表表面光亮如镜镜，这种Pt镜效果的对对电极，一方方面对于聚合合物电解质中中的氧化还原原反应起到关关键性的催化化作用，使得得氧化还原对对在对电极上上得到电子的的反应加快，，另一方面，，Pt镜可以以对光进行反反射，从而增增加了光在TiO2膜中中的吸收几率率，减小了穿穿出电池的光光损失。对电极制备铂电极:氯氯铂酸溶液，，滴加到基板板上，380˚C保持15min。。空白FTO基基底Pt对电电极(载铂量量6mg/cm2)3.7小面积电池器件样机机3.8大面面积电池3.8大面面积电池主要采用丝网网印刷技术,开展高速速大量且节能能的制造过程程。3.8大面面积电池3.8大面面积电池3.9电池池效率--光光电性能参数数入射光子-电电子转化效率率（IPCE）），在给定波波长下所产生生的光电子占占入射光子数数的百分数；；短路电流ISC，电压压为零时的电电流值；开路电压VOC，电流流为零时的电电压值；填充因子FF，电池最最大输出功率率除以短路电电流和开路电电压的乘积；；光电转化效率率η，电池输出出功率与入射射光强度I之之比值。(ηη=ISC•VOC•FF/I)IV特性曲线线F