染料敏化太阳能电池介绍

填充因子 FF( %) 0.6194841 0.63874583 7 0.56558895 4 0.55509102 1 0.59422321 1 0.60157108 7 0.56196106 9
效率 η ( %) 4.1955
2.5%
9.84
4.8702
5% 7.5% 10%
16.26 21.14 16.38
Popt I sc Voc

I opt Vopt I sc Voc
; I opt ,Vopt 为电池具有最大输出功 率Popt的电流和电压
光能 -电能转化效率：
P opt P in
;P P opt 为最大输出功率， in为输入光功率
DSSC的光阳极的优化
一、烧 结 工 艺
光阳极的优化
A0 B2.5 C5.0 D7.5
E10.0
F12.5
G15.0
团聚
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。
不同SiO2量掺杂对比表面的影响
SiO2与TiO2 的质量比 0% 2.50% 5% 7.50%
比表面积（m2/g）
6.8969 8.4254 7.1212
12.5%
0.72321
15.98
6.9519
15%
0.764144
15.61
6.6989
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）
2.5 wt% SiO2
5 wt% SiO2
7.5 wt% SiO2 10 wt% SiO2
12.5 wt% SiO2 15 wt% SiO2
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
光敏材料（N719）
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- + 2 e- →3I- （电解质的还原，在
Curve3
焙 烧 曲 线
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。
曲线1-3 X射线衍射图谱
焙烧工艺对薄膜形貌的影响
A B
C
D
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。
34.08 46.67
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
电流密度 Jsc/(mAcm2) 8.88
DSSCs 0%
Leabharlann Baidu
开路电压 Voc( V) 0.762684 0.774867 9 0.752734 1 0.71789 0.73160
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。
Curve1
Curve2
对电极上发生）
评价DSSC的技术指标
光电转化效率(IPCE)
1.25103 I sc IPCE ( I sc 单色光下的短路光电流 密度，入射单色光的波长， Pin入射单色光的光强 ) Pin
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（fill factor; FF）,光能-电能转化效 率（）
填充因子： FF
染料敏化太阳能电池
染料敏化太阳能电池（DSSC）
1 3 DSSC的组成及工作原理 评价DSSC的技术指标 DSSC光阳极的优化 将来的计划
2
3 4
DSSC的组成及工作原理
DSSC的组成部分
DSSC的工作原理
DSSC的组成
TiO2 纳米晶多孔半导 体薄膜
氧化还原电解质(I3-/I-)
DSSC
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。
52.112 58.314 63.982 67.488
孔容（cm3/g）
0.5418 0.6146 0.5786 0.6221
孔径分布峰值（nm）
34.27 34.30 31.13 37.04
10%
12.50% 15%
68.246
71.757 53.84
0.6909
0.7087 0.6106
33.50
焙烧方式1 （525°C梯度升温）
焙烧方式2 （525°C梯度升温）
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
二、TiO2 膜 表 面 处 理 及 修 饰
三、TiCl4 的 处 理 （下次）
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。
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 0 wt%SiO2 3.38 2.32 3.49 2.98 2.26 2.32 3.57 7.42 4.89 7.43 5.82 6.67 5.96 9.18 14.6 9.97 13.38 11.8 13.14 11.95 12.91 18.1 13.18 15.38 16.04 15.61 15.43 14.47 21.7 17.64 20.56 21.8 20.8 19.22 20.16 一层（um） 二层（um） 三层（um） 四层（um） 五层（um）
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。