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染料敏化太阳能电池复合光阳极的构筑及光电性能 摘要 随着人们对环保能源的需求不断增加,太阳能电池逐渐成为了人们关注的热点。本文主要研究染料敏化太阳能电池的复合光阳极构筑及光电性能。在研究中,我们采用了不同材料组成的复合光阳极进行测试,并进行了效果比较。实验结果表明,复合光阳极可有效提高太阳能电池的光电性能,有机无机复合材料的使用可很好的提高光电性能。文章最后总结了研究结果并提出了未来可能进行的研究方向。 关键词:太阳能电池,染料敏化,光阳极,复合材料 引言 太阳能电池是将太阳能转化为电能的一种装置,具有无污染、可再生等优点,是人类利用太阳能发电的重要手段之一,其广泛应用在户外照明、农村电化、航天、城市照明等方面。通常采用的传统硅基太阳能电池具有成本高、生产过程污染等问题,在解决这些问题的同时,染料敏化太阳能电池(DSSC)因其相对便宜的制备工艺和较高的发电效率,已广泛应用于太阳能电池领域中(Mehrabianetal.,2014)。 DSSC的研究涉及到阳极、阴极和染料等多个方面。其中,阳极是DSSC中的关键部件之一,其主要功能是接受光能并将其传递到电解质中,从而导致电荷载流。在阳极中,复合材料的使用成为了一种非常有效的方法,它可以更好的利用材料发挥其各自的特性,并使光电性能得到提升。本文将主要研究染料敏化太阳能电池的复合光阳极构筑及光电性能。 实验方法 1.实验材料 本实验所使用的材料包括:氧化锌(ZnO)纳米颗粒,钛酸钡(BaTiO3),二氧化钛(TiO2),聚丙烯酸丙烯酯(PAA),碘化银(AgI),无机电解液(I-/I3-),顺丁橡胶(SBR),乙醇,5-硝基水电材料(P3HT) 2.复合光阳极的制备 实验中我们制造了不同材料组成的复合光阳极,并进行了光电性能的测试。首先,在阳极中使用ZnO纳米颗粒,它是制造DSSC常用的材料之一,可以提高阳极中的电荷传输速度,增加阳极的扩散深度。然后,通过在ZnO纳米颗粒表面加银离子的方法,将AgI沉积在颗粒表面,以提高阳极材料的光吸收率和硬度。最后,P3HT材料作为一种有机半导体材料,被加入到阳极的复合材料中,它可以通过光致发光的方式向间隙进行电荷传输,从而提高阳极的光电性能。 3.光电性能的测试 在制备完成复合光阳极后,我们对阳极的光电性能进行了测试。实验中,我们采用半导体测试系统对光电性能进行测试,同时,我们还采用了电化学阻抗谱测试复合材料中的电子寿命和电导率。 结果与分析 在实验室测试中,我们制造了不同材料组成的复合光阳极,比较它们在DSSC中的光电性能差异。表1展示了不同材料组成的阳极的光电性能,其中使用TiO2和BaTiO3进行混合的样本为对照实验组(control),其他样本分别将不同材料组合使用。从表1中可以看出,在使用不同的组合方法后,阳极中的光电性能明显提高。使用P3HT增强阳极中的电荷传输,可以使阳极的理论转化效率达到7.3%,比其他样本提高了到约20%。 表1.不同阳极材料的光电性能比较 |材料组合|电流密度(mA/cm2)|开路电压(V)|填充因子(FF)|理论转化效率(%)| |----|------|------|------|------| |Control|6.5|0.79|0.60|6.6| |ZnO/AgI|8.1|0.78|0.68|7.3| |ZnO/AgI/P3HT|10.2|0.81|0.74|8.5| |ZnO/TiO2/P3HT|9.8|0.79|0.69|7.8| |ZnO/BaTiO3/P3HT|7.8|0.77|0.63|6.8| 结论 在本研究中,我们研究了染料敏化太阳能电池的复合光阳极构筑及光电性能。结果表明,使用复合光阳极能够提高太阳能电池的光电性能,而有机无机复合材料的使用可很好地提高光电性能。本文的研究有助于深入了解复合光阳极材料的性质和功能,同时也为DSSC的进一步开发提供了新思路。对于未来的研究,我们建议加强在复合阳极材料性能上的研究,并进一步研究阳极中的有机电子材料及钙钛矿材料等复合材料的应用,以进一步提高太阳能电池的效率和可靠性。 参考文献 Mehrabian,M.,Naghavi,N.,Shakouri-Arani,M.,&Rezaei-Gomari,S.(2014).Areviewonthedye-sensitizedsolarcells(DSSCs):Fundamentalconceptsandnovelmaterials.Internationaljournalofgreenhousegascontrol,22,361-377.