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《染料敏化太阳能电池纳米tio_2制备及多孔电极膜研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第24卷第6期环境化学Vol.24,No.62005年11月ENVIRONMENTALCHEMISTRYNovember20053染料敏化太阳能电池纳米TiO2制备及多孔电极膜研究进展33葛伟杰周保学张哲熊必涛郑青蔡伟民(上海交通大学环境科学与工程学院,上海,200240)摘要本文就目前在染料敏化太阳能电池产业化中急需解决的TiO2纳晶制备、电极薄膜修饰与改进等热点问题的最新研究进展进行了综合评述,分析了存在的问题并提出了对策.关键词纳米TiO2太阳能电池,TiO2薄膜,染料敏化,溶胶凝胶.[1]二十世
2、纪90年代,Gratzel等人提出的染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池以其原料低廉和制[2]作简单等特点引起了人们极大的重视,目前所报道的光电转换效率已达到了11118%.纳米TiO2[3—6]太阳能电池的研究逐渐成为太阳能电池研究的热点,并发展了包括液态电解质型、固态或半固态电解质型以及使用非玻璃塑料导电基板的可绕型染料敏化纳米TiO2太阳能电池.染料敏化纳米TiO2太阳能电池目前亟待解决的问题是光电转化效率因制备方法或制备工艺的不同而明显不同,即使Gratzel在同一时期相似的研究中也报道了光电转换效率
3、差别明显的电池研究,这严重地制约了染料敏化纳米TiO2太阳能电池的工业化生产与大规模应用.造成这一问题的根本原因是由于不同条件下制备的TiO2纳晶、不同方法成膜的电极、不同结构的电极薄膜对光的吸收和存在的电子传输与电荷复合明[7]显不同.通过改进TiO2纳晶的制备方法,优化TiO2纳晶的结构、组成、粒径、形貌,改进电极成膜的方法,修饰电极薄膜的表面结构能明显增强光的吸收,降低电荷复合,加快电子的传输.本文围绕近年来国内外在上述研究方面取得的许多新的进展进行了综合评述,分析了存在的问题并提出了对策.1晶型
4、和粒径可控的纳米TiO2的制备二氧化钛具有三种晶型,锐钛型、金红石型、板钛矿型,大量文献研究表明,锐钛型TiO2较金红石型TiO2有较好的光电转换效率,这是由于电子在锐钛型TiO2较金红石型TiO2有较快的传输速率,[2,8]采用金红石型TiO2,或不纯的锐钛型TiO2时,往往难以获得较高的光电转换效率.另一方面,纳晶二氧化钛的粒径、形貌也直接影响着电池的光电转换效率,粒径太小,光的透过率降低而影响光的吸收,粒径太大,虽然提高了光的透过率但却降低了光的有效吸收,同时粒径的大小还影响着电解质的传输.TiO
5、2晶型完整与否影响着电荷复合中心的多少,晶体不完整、晶粒较小,晶体存在着缺[2,3]陷,有可能形成较多的电荷复合中心,因此在TiO2纳晶的制备中,需要控制一定条件得到一定粒径和晶型、晶体完整的纳米TiO2.[9]目前制备纳米TiO2的方法较多,有溶胶凝胶法、TiCl4水解法、电化学方法、模板组装技术等,但容易实现对TiO2晶型和粒径有效控制的制备方法主要是溶胶凝胶法.[10]溶胶凝胶法是以钛酸酯为原料,加入溶剂、水、催化剂等,通过水解与聚合反应制得溶胶凝胶液,然后经过干燥焙烧后制得二氧化钛薄膜.传
6、统的溶胶凝胶法大多是采用钛酸酯为原料在酸性或碱性条件下进行溶胶凝胶反应.但是对于TiO2纳米太阳能电池而言,采用溶胶凝胶法在常温常压下制备的凝胶,其烧结后得到的TiO2晶体,往往晶型不完整、晶粒较小,存在着晶体缺陷,因而制备的TiO2多孔电极膜易形成较多的电荷复合中[2]心,造成光电转换效率低下.因此,目前有关TiO2晶体制备的大多研究是如何控制实验条件得到太阳能电池光电转换效率最佳的一定粒径和晶型的TiO2纳晶.较高的凝胶转化温度与压力和适宜的烧结温度与烧结时间有利于锐钛型TiO2纳晶完整晶体的生长,
7、有利于得到较大颗粒的锐钛型TiO2纳3上海市科委重大项目(03dz12032),新世纪优秀人才支持计划项目支持.33通讯联系人,E2mail:zhoubaoxue@sjtu1edu1cn6期葛伟杰等:染料敏化太阳能电池纳米TiO2制备及多孔电极膜研究进展727[11]晶.除此之外,钛酸酯水解条件的控制也极为重要,目前采用的酸包括HNO3、乙酸等,碱包括氨水、三乙醇胺、氢氧化四甲基铵等.反应介质的酸或碱浓度对晶型有一定的影响,如011mol·-1[12]lHNO3酸性条件下,230℃保温,最终得到的T
8、iO2既含有一定量的金红石型又含板钛矿型TiO2.-2+反应介质条件也影响着凝胶粒径的大小.在碱性条件下,溶液中OH能与[Ti(OH)2]水合离子+部分游离出的H反应,能大大缩减凝胶时间并能得到适宜的纳米粒径,因此采用有机碱来控制反应-介质,既能达到缓释OH的目的,又能防止形成的纳晶团聚,并能得到粒径可控的单一锐钛矿TiO2[13,14]晶型,其中采用有机碱作为凝胶反应介质的研究引起了人们的关注.此外,在
