窄禁带尖晶石粉体的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

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染料敏化太阳能电池(DSSC)是近年来新兴的一种太阳能电池,主要由吸附了染料的TiO2光阳极、电解质和对电极组成。其中TiO2光阳极承担吸附染料分子,传输电子等作用。因此TiO2光阳极的性能对整个电池的性能起到至关重要的作用。但是由于Ti02的禁带宽度为3.2ev,只能吸收紫外区域的能量,因此太阳光的利用率极低。所以人们开始寻求各种方法来改善TiO2光阳极的性能。其中向TiO2中复合窄禁带材料能改善光阳极材料的禁带宽度,拓展其对太阳光的响应范围。本文对尖晶石粉体CoAl2O4和CoCr2O4的制备条件进行研究,制备出晶型完整,粒度分布均匀的尖晶石粉体,并对尖晶石粉体的吸光度,颗粒形貌进行表征。将不同含量的尖晶石粉体复合到TiO2中,采用丝网印刷法制备出复合光阳极薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、太阳光模拟器(SSA50)及吉时利数字源表(Keithley2400)、分光光度计(SM25)对制备的尖晶石粉体和复合薄膜电池进行表征和分析。结果表明:(1)当CoAl2O4粉体的烧结温度为700℃时,晶型完整,粒度分布比较均匀,粒径为24.8nm,禁带宽度为1.69ev;当CoCr2O4粉体的烧结温度为700℃时,前驱体结晶完成,粒度为33.5nm,禁带宽度为1.60ev。(2)尖晶石/TiO2复合薄膜的吸光度较纯TiO2薄膜有所增加,CoAl2O4/TiO2复合薄膜在可见光去550~600nm范围内存在吸收峰,CoCr2O4/TiO2复合薄膜600~700nm范围内存在吸收峰;(3)尖晶石/TiO2复合薄膜电池的短路光电流和转换效率较纯TiO2薄膜电池都有所增加,且复合量为1%时,电池的性能最佳,CoAl2O4/TiO2复合薄膜电池的短路电流,转换效率分别增加了 45.8%和41.7%,CoCr2O4/TiO2复合薄膜电池的短路电流,转换效率分别增加了 68%和70%。(4)尖晶石/TiO2复合薄膜电池的IPCE较纯Ti02薄膜电池高,CoAl2O4/TiO2复合薄膜电池在550~650nm,CoCr2O44/TO2复合薄膜电池在6000700nm的转换效率存在峰值。
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