N719与N749染料共敏化二氧化钛薄膜电极的性能研究

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染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种光电转换器件,其光电转换效率高、成本低且无毒性的特点使其具有很高的实用价值。其中,TiO2纳米材料与染料N719的能级匹配度好,有利于光生电子转移到外电路。但是N719染料对于可见光的响应范围小并且光生电子复合几率大,限制了电池效率的提高。针对以上几个问题,本文利用两种染料共敏化的方法制备了TiO2光阳极,提高了电池的光电转换效率,分析了其光电转换效率提高的机理。本文的主要研究内容如下:  1、采用溶胶-凝胶法制备TiO2纳米颗粒,用刮涂法制备了TiO2薄膜电极,先用 N719染料作为敏化剂,再将其放入异丙醇铝溶液中浸泡不同的时间制备不同厚度的Al2O3薄膜,最后再吸附N749染料,制备了一系列光阳极。通过测试光阳极的 I-V曲线,发现所有光阳极的光电转换效率均提高了,特别是当在异丙醇铝溶液中浸泡5 min时,光阳极的光电转换效率是最高的,达到了5.36%。较单一 N719染料敏化以及单一 N749染料敏化的光阳极分别提高了40%和35%。通过对X射线粉末衍射谱(XRD)、荧光光谱(PL)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)、IPCE等分析得出,N749染料拓宽了光阳极对于可见光的响应范围,增强了光阳极在600 nm-800 nm之间的吸收,同时Al2O3薄膜减少了光生电子的复合,提高了光阳极的光电转换效率。  2、采用溶胶-凝胶法制备 TiO2粉末,用刮涂法制备了 TiO2薄膜电极,用N719染料与N749染料的混合染料作为敏化剂制备了光阳极。通过测试光阳极的 I-V曲线,结果表明吸附混合染料的光阳极的光电转换效率有所提高,达到了4.56%,较单一吸附N719染料以及单一吸附N749染料的光阳极的光电转换效率分别提高了19%和14%,通过分析样品的吸收光谱以及IPCE谱发现,N719染料与 N749染料可以拓宽光阳极对于可见光的响应范围,提高了光阳极对于可见光的吸收,从而提高了光阳极的转换效率。
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