TiO2复合薄膜太阳能电池的性能

宽度 θ 为衍射角 λ 为 X 射线波长 估算Vo薄l.22膜N的o.8晶 粒尺寸为 26.4 nm 左右 XRD 谱上未出现明2EL0显E0C3的T年RO有N8I关C月
粒 自然晾干 置于 80 干燥箱中干燥 30 min 在 Mg 的化合物的特征衍射峰 实验采用浸渍C&O法MMAP制TOENR备EIAN复LTSS
6
于仙仙等 MgO/TiO2 复合薄膜太阳能电池的性能
Apr. 2007
mL 去离子水 继续搅拌与30第m材8in期料静置陈化 用旋转
间的排列V更o电l.2加2 N均o子.8匀 元导致件形成的电子空位更多作者 从篇而
甩膜法在导电玻璃 ITO200方3 电年 阻8 为月 5.8 Ω/□ 上镀一 转移的电子数也越多ELEC有TR利ON于IC 提高电池的光电性名能
Key words: optoelectronics and laser; liquid deposition method; composite; thin film; dye-sensitized solar cells
染料敏化纳米晶 TiO2 太阳能电池 简称 DSSC 作为一种新型的化学太阳能电池 以其简单的制作工 艺 低廉的成本 良好的应用前景而倍受关注 典型 的 DSSC 由透明导电玻璃 多孔纳米 TiO2 薄膜 电解 质以及铂对电极组成[1] 当太阳光照射到电池上 染 料分子吸收光能 电子受到激发后从基态跃迁到激发 态 但激发态不稳定 电子迅速注入到紧邻的 TiO2 导带上 通过导电玻璃基体向外电路输送电流 失去 电子的染料分子则很快从电解质中氧化还原电对获得 电子回到基态 氧化还原电对则在对电极发生氧化还 原反应回到初始状态 从而完成一个光电转换循环[2] 电子跃迁后留下的带正电荷的自由粒子称为空穴 电 子和空穴都有利于导电 故称为“自由载流子” TiO2 阳极禁带宽度为 3.2 eV 不能吸收可见光区的光 而 且受激发产生的电子和空穴容易复合 产生暗电流
D102 日本三菱公司 中浸泡 4 h 然后分别以两 种薄膜做电极 以 KI/I2 的溶液 0.5 mol/L 碘化钾 + 0.05 mol/L 碘 溶剂 乙腈 体积分数 80 % +异丙 醇 体积分数 20 % 作电解液 以电沉积法自制的 Pt 镜电极做对电极 组装成电池 用西安交通大学研 制的 XJCM 8S 型太阳电池测定仪在模拟太阳光 AM1.5 条件下 测定染料敏化太阳能电池的电性能
Abstract: TiO2 films were prepared by sol-gel and print screen method, MgO/TiO2 films were prepared by liquid deposition method. Investigated were the surface shape, section and thickness of MgO/TiO2 composite film; made up was solar cell and determined was the I-V curve of composite film and TiO2 film. The results show that MgO/TiO2 composite thin film with good crystal and absorption spectrum can be obtained. This composite film can improve open circuit voltage from 0.585 V to 0.659 V, short circuit current from 2.057 mA to 2.348 mA and photo-to-electric conversion efficiency of dye-sensitized solar cells improve from 2.24 % to 3.12%. And expounded was the mechanism of the improvement of photocurrent by depositting the TiO2 film with MgO film.
2.4 热处理对导电薄膜电性能的影响 用 SZ 82 型数字式四探针测试仪对基底 ITO 导
电玻璃表面的方电阻进行测量 发现没有经过热处理 的导电玻璃方电阻为 5.8 Ω/□ 镀完 TiO2 薄膜经过 500
下热处理 30 min 以后 方电阻变为 13.5 Ω/□ 浸渍 完乙酸镁经过 450 热处理 20 min 后 方电阻增大 到 18.4 Ω/□ 由于导电玻璃的表面电阻对光电池的电 流输出性能影响很大 为了使光电池有较大的输出电 流 要选用烧结前 后面电阻基本保持不变的导电玻 璃 可选用 FTO 替代 ITO 另外 应当在尽可能保证
胡志强 1956
男 辽宁沈阳人 教授 主要从事无机材料化学合成和功能薄膜材料研究 E-mail: hzq@dlili.edu.cn
于仙仙 1979
男 山东烟台人 研究生 从事功能薄膜材料研究 Tel: 13504286287 E-mail: yuxianxian2004@sohu.com
Vol.26 No.4
1 实验
1.1 薄膜的制备 1.1.1 致密 TiO2 薄膜的制备
按体积比 1:4 将钛酸丁酯溶于无水乙醇中 加入 1.5 mL 二乙醇胺 试剂均为分析纯 天津科密欧化学 试剂开发中心生产 在磁力搅拌过程中缓慢滴入 1
收稿日期 基金项目 作者简介
2006-12-18 通讯作者 胡志强
国家自然科学基金资助项目 50376007 国家 863 计划资助项目 2006AA05Z417
第 26 卷 第 4 期 2007 年 4 月
研究与试制
电子元件与材料 ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS
Vol.26 No.4 Apr. 2007
MgO/TiO2 复合薄膜太阳能电池的性能
于仙仙 胡志强 王 一 李 国 高 岩
大连轻工业学院材料科学与工程系 辽宁 大连 116034
摘要: 用 sol-gel 法和丝网印刷法制备多孔 TiO2 薄膜 溶液沉积法制备 MgO/TiO2 复合薄膜 研究了复合薄膜的表 面形貌 断面结构 厚度等性能 组装电池 测定了电池的输出特性曲线 结果表明 MgO/TiO2 复合薄膜表面平整 内部具有分布较为均匀的空隙 厚度约 14 μm MgO 薄膜的复合使染料敏化 敏化太阳能电池的开路电压从0.585 V
降低电池的性能[3,4] 因此 人们研究用掺杂和表面改 性等方法改善阳极的能带结构 减少暗电流的产生[5]
笔者用溶液沉积法 在 TiO2 多孔薄膜表面复合一 层 MgO 薄膜 制备了 MgO/TiO2 复合薄膜 得到了在 可见光区具有较好光响应的薄膜电极 组装 DSSC 电 池 测试了电池的光电性能 结果表明 TiO2 表面复合 一层 MgO 后 电池的短路电流和开路电压都得到一 定的提高
MgO/TiO2 薄膜 采用丝网印刷法制备提高了多孔薄膜 的厚度 提高了对染料的吸附能力 利于光的吸收
从而提高电池性能
2.1 薄膜表面形貌分析 图 1 为 MgO/TiO2 薄膜表面的扫描电镜照片 由照
片可以看出薄膜由粒径为 20~40 nm 大小的颗粒组成 颗粒分布均匀 没有明显的团聚现象 孔洞分布比较 均匀 也比较多 大量孔洞的存在有两个作用 保证 在吸附有机染料时 更多的染料能够通过孔洞 渗入 薄膜电极的深层 电解液能够通过微孔与色素分子顺 利地交换电子 使光电转化过程持续进行 复合 MgO 后能一定程度上抑制 TiO2 晶体的长大 颗粒与颗粒之
提高到 0.659 V 短路电流从 2.057 mA 提高到 2.348 mA 从而使光电转换效率从 2.24 %提高到 3.12 % 并分析了 MgO
薄膜复合提高光电流响应的机理
关键词: 光电子学与激光技术 溶液沉积法 复合 薄膜 染料敏化太阳能电池
中图分类号: TN244
文献标识码:A
文章编号:1001-2028 2007 04-0005-03
剂有限公司 继续研磨 30 min 用丝网印刷法在制
电子元件
Vol.22 No.8
ELECTRONIC COMPONENTS &
A u g . 2003 图 1 MgO/TiO2 薄膜 SEM 照片 Fig.1 SEM image of MgO/TiO2 thin film
2.2 XRD 分析
作者 篇 名
(101)
II(nCtPeSn) s i t y
膜的 XRD 谱 用 SZ 82 数显厚度测定仪测定复合薄
11550000
膜的厚度 用 SZ 82 型数字式四探针测试仪测定 ITO
导电玻璃热处理前后的方电阻
11000000
将 TiO2 薄膜和 MgO/TiO2 复合薄膜在由乙腈和正 丁醇按体积比 1:1 配成浓度为 5×10–4 mol/L 的染料
百度文库COMPONENTS & MATERIALS
层致密薄膜 然后将薄膜置于干燥箱中 80 干燥 30 Au g. 2003
min 待用
作者 篇
1.1.2 多孔 TiO2 薄膜的制备
名
取 0.7 g TiO2 纳米粉体 P25 德国 Degussa 公司
生产 加入 3 mL 去离子水和第 08.5期mL 乙酸 在玛瑙研 钵中研磨 30 min 然后边与研20磨03材边年加8 月料入 0.1 mL 聚乙二醇 辛基苯基醚 乳化剂 OPMATE化RI学ALS纯 国药集团化学试
2 结果与讨论
550000
00
1100
2200
3300
4400
5500
6600
2q / (°)
图 2 MgO/TiO2 薄膜的 XRD 谱 Fig.2 XRD spectrum of MgO/TiO2 thin film
2.3 薄膜厚度分析
利用 SZ 82 数显厚度测定仪测定复合薄膜的厚
度约为 14 nm 实验制备了底层致密表层多孔的
马弗炉中 450 热处理 20 min 自然冷却 1.2 分析和测试
合薄膜 Mg 量太少 另外 MgO 可能是以小A团u g.簇20的03 形 式存在 无法检测
用 JM 6460LV 型 SEM 分析 MgO/TiO2 多孔薄膜 的表面形貌 用 D/MAX 3B 型 X 射线衍射仪测定薄
22000000
第 26 卷 第 4 期
于仙仙等 MgO/TiO2 复合薄膜太阳能电池的性能
7
锐钛矿生成的前提下缩短热处理时间 降低热处理温
度
2.5 染料敏化复合薄膜与纯 TiO2 薄膜电极输出特性 判断染料敏化太阳能电池是否具有应用前景的最
直接方法是测定电池的输出光电流和光电压曲线 即
I-V 曲线 太阳能电池的参数[6]如下 短路电流 Isc 即电路处于短路时的电流 开路电压 Voc 电路处 于开路时的电压 填充因子 FF 电池具有最大输出 功率 Popt 时的电流 Iopt 和电压 Vopt 的乘积与 Isc 和 Voc 乘积的比值 即
Solar cell performance of MgO/TiO2 composite thin film
YU Xian-xian, HU Zhi-qiang, Wang Yi, Li Guo, Gao Yan
(Department of Material Science & Engineering, Dalian Institute of Light Industry, Dalian 116034, China)
电子
101 峰的半峰宽以名及 Scherrer 公式[6] D = K元λ/βcos件θ K
配制 9×10–3 mol/L 的乙酸镁 分析纯 北京化工 为 Scherrer 常数 D 为晶粒尺寸 nm β 为与 料积分半材 高
厂 的乙醇(98 %)溶液 将制备好的多孔二氧化钛薄 膜在其中浸泡 3 h 取出 用酒精洗去表面残留的大颗
备好的致密薄膜上镀膜 置于干燥箱中 80 干燥 30
图 2 为 MgO/TiO2 薄膜的 XRD 谱 由图 2 可以看
min 取出 在马弗炉中 500 热处理 30 min 自然Aug. 20出03 薄膜中的 TiO2 为锐钛矿结构 由最强峰 101
冷却 1.1.3 复合薄膜的制备
作者 篇
可以看出 峰宽较宽 说明晶粒尺寸相对较小第 根8 据期