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化工原料常见问题

pVP对染料敏化太阳电池特性的影响

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聚乙烯吡咯烷酮PVP为成膜剂,采用刮涂的方法制备太阳电池光阳极中的TiO2薄膜。将一定量的PVP溶解到无水乙醇中与0.5gP25以及其他有机小分子物质混合,搅拌均匀后研磨制成TiO2胶体,将其均匀涂覆在导电玻璃上(膜厚度约为14μm),经过450℃燃结后浸附燃料,制成TiO2光阳极。研究发现:当其他条件不变的情况下,最后得出最优的PVP加入量为0.30g,电池的光电转换效率可达6.37%。

太阳电池的性能参数

染料敏化太阳电池的性能参数.jpg

太阳能电池由半导体光阳极、阴极和两级质检的电解质组成。半导体光阳极是由粘附在导电玻璃上的许多孔纳米晶TiO2薄膜和吸附在TiO2颗粒上的光敏染料构成。通常,使用刮涂法(即Doctor Blade)或丝网印刷技术等,将TiO2涂覆到导电玻璃上,然后高温烧结制成。

PVP在太阳电池中的应用方案


一种方法是用聚乙二醇(PEC)、乙醇体系胶体,采用丝网印刷扥方法制备TiO2薄膜,实验发现这种技术不但能防止TiO2薄膜龟裂还能保住高质量的多孔结构,当薄膜为17μm时光电转换效率达到5.18%。

另一种方法是用乙酰丙酮、乙醇体系胶体和丝网印刷的方法制作锐钛矿相TiO2薄膜(15μm厚),其光电转换效率可达到4.1%。以上可见,TiO2浆料的组分对电池性能具有非常显著的影响。

采用P25、PVP、无水乙醇为主要成分,配置TiO2胶体,通过刮涂方法制备约14μm厚的TiO2薄膜,制作和组装电池。研究发现在其他条件不变的情况下,改变PVP的用量对TiO2薄膜的质量、电池性能影响很大。

通过研究实验可见,适当的加入适量的PVP一方面可以有效地抑制TiO2颗粒的团聚现象,改善成膜性和均匀性,增加孔隙率,从而增加染料的吸附量;同时也不破坏TiO2颗粒之间以及TiO2颗粒与导电玻璃之间的有效连接,保障载流子的有效传输,这样才能提高太阳电池性能。

通过大量的实验分析,对0.5gP25粉来说,PVP的加入量应以0.30g最为适宜。过多会阻断TiO2颗粒之间的连接,从而阻碍电子有效传输,不利于电池性能提高;不足导致纳米TiO2电极孔洞分布不均、团聚严重,也会降低电池性能

因此,当PVP含量为0.30g时(针对于0.50gP25粉而言),TiO2电极厚度为14μm时,太阳电池光电转换效率最高,可达到6.37%。进一步优化TiO2电极结构,电池的光电转换效率又有所提高。

料敏化太阳能电池的结构组成


太阳电池主要是模仿光合作用原理,研制出来的一种新型太阳能电池。太阳能电池是以低成本的纳米二氧化钛和光敏染料为主要原料,模拟自然界中植物利用太阳能进行光合作用,将太阳能转化为电能。

其主要优势是:原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单,在大面积工业化生产中具有较大的优势,同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的,部分材料可以得到充分的回收,对保护人类环境具有重要的意义。自从1991年瑞士洛桑高工(EPFL)M. Gratzel教授领导的研究小组在该技术上取得突破以来,欧、美、日等发达国家投入大量资金研发。

主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物(TiO2、SnO2、ZnO等),聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为DSC的阴极。对电极作为还原催化剂,通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质,最常用的是KCl(氯化钾)。

染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态(D*);处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中;电子扩散至导电基底,后流入外电路中;处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生;氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原,从而完成一个循环;和(6) 分别为注入到TiO2 导带中的电子和氧化态染料间的复合及导带上的电子和氧化态的电解质间的复合。


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