TiO2/MWCNTs-ZnO纳米复合光阳极的制备及光电性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yan2541023
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光阳极作为染料敏化太阳能电池(DSSC)的重要部分,起着吸附染料、传输电子的作用,对电池的性能有着很大的影响。目前,TiO2是应用最广泛的光阳极材料,通过对TiO2材料进行复合优化,电池的性能取得了一定的进展,但其实际转换效率还很低。本文分别制备了TiO2/多壁碳纳米管(MWCNTs)复合光阳极和TiO2/MWCNTs-Zn O复合光阳极以增加电子传输速率、降低电子复合率,并探究各参数对复合薄膜及所组装的DSSC性能的影响。具体内容如下:采用溶胶-凝胶水热法和电流体动力学技术(EHD)制备了TiO2/MWCNTs复合薄膜。利用SEM、TEM、UV-vis和EIS等表征方法对薄膜进行分析,发现MWCNTs的加入促进了薄膜介孔结构的形成,增加了薄膜的染料吸附以及电解质的渗透,MWCNTs良好的电子传输特性加快了TiO2/MWCNTs复合薄膜中电子的传输,降低了电子的复合几率。基于CNT-0.12(0.12 wt.%)复合光阳极的DSSC获得了6.21%的转换效率,相比于纯TiO2基DSSC的4.57%提高了35.9%。在MWCNTs含量为0.12 wt.%的TiO2/MWCNTs复合薄膜的基础上,采用一步浸渍法制备了TiO2/MWCNTs-Zn O复合薄膜。Zn O的加入使得薄膜的染料吸附量、光吸收强度都得到了进一步的提高,同时薄膜表面的电子复合得到有效抑制。浸渍时间影响着薄膜的形貌、染料吸附量以及电子转移电阻,过长时间的浸渍会导致薄膜染料吸附量的降低,同时也会增加电子的复合,影响电子的注入速率。当浸渍时间为6 min时,基于TiO2/MWCNTs-Zn O复合光阳极的DSSC获得了6.60%的能量转换效率。此外在浸渍时间为6 min的情况下,通过改变TiO2/MWCNTs-Zn O薄膜的厚度,考察其对电池性能的影响,当薄膜的厚度为12.5μm时获得了7.21%的能量转换效率,相比于纯TiO2基DSSC提高了57.8%。
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