锌基染料敏化太阳能电池及大面积化研制

【摘要】：本文报导了一种利用多分散ZnO纳晶聚集体作阳极膜的染料敏化太阳能电池(DSCs)的制备方法,通过优化制备条件后比较了非金属有机染料D149和钌配合物染料N719的敏化性能,最后报导了大面积DSCs器件的制作工艺。本研究表明：D149在应用于低成本的ZnO-DSCs上是一种比N719更优的敏化剂。 采用溶剂热法利用二水合醋酸锌与二甘醇制备多分散ZnO纳晶聚集体,粒径尺寸分布为100nm～800nm。通过刀片涂覆法将ZnO浆料沉积在FTO玻璃基底上,通过调控薄膜厚度、煅烧程序对光阳极进行优化,在电极膜厚度为16μm,采用程序升温(350℃保温一小时后以10℃/min速率升温至450℃)时,制备的ZnO-DSCs光电性能最优,D149和N719敏化的ZnO-DSCs光电转换效率分别达到5.2%和4.5%。 在优化的基础上,系统比较了两种光敏剂对ZnO-DSCs的性能的影响。通过紫外可见吸收光谱(UV-Abs)、交流阻抗图谱(EIS)以及单色光转化效率(IPCE)等检测手段深入比较了两种染料的光学性质、电池的单色光响应能力及电子传输的界面电阻。本文得出D149敏化的ZnO-DSCs拥有比N719敏化的ZnO-DSCs更高的效率,原因有三方面：1) D149染料的摩尔吸光系数几乎是N719的五倍；2)D149-DSCs的IPCE值为66%,远高于N719-DSCs的49%；3)ZnO/D149/电解质的表面电阻为15.5Ω,低于ZnO/N719/电解质的表面电阻21.3Ω。 本文探索了内部并联DSCs组件的制备工艺,制备了内部并联的活性面积为19.2cm2的TiO2-DSCs,效率达到3.0%。报导了大面积ZnO-DSCs电池模块的制备,并利用两种染料对模块进行敏化,制备出活性面积为2.4cm2的D149-和N719-ZnO DSCs模块效率分别达到2.6%和2.4%。 本文的研究内容对染料的分子工程及电池的大面积应用具有重要的指导意义。