文摘

色素增感太阳能电池的光电阳极基于氧化锌/ TiO2复合膜是捏造的透明导电玻璃衬底上使用不同的技术包括电泳沉积、丝网印刷、胶体喷涂。中使用的氧化锌复合膜是氧化锌四足动物准备通过热蒸发和氧化锌纳米棒通过水热生长。薄的复合薄膜的结构和形态特征进行了使用扫描电子显微镜(SEM)。最好的能量转化为1.87%,对应于叠层TiO2/氧化锌/ TiO2结构通过丝网印刷准备。

1。介绍

涂料太阳能电池(DSSCs)吸引了越来越多的关注由于其能量转换效率高和低生产成本与硅太阳能电池相比1,2]。DSSC光电阳极是重要的组成部分,因为它们的功能在支持染料分子和电子转移。电子传递速率高要求降低电子空穴复合率,提高转换效率。氧化锌是一种半导体材料含有丰富的纳米结构形态和高电子迁移率(约10−1-10年−3厘米2V−1年代−1在氧化锌纳米颗粒膜和> 100厘米2V−1年代−1散装氧化锌)。最近,重大努力得到的氧化锌多孔TiO的光电阳极2光电阳极,希望进一步提高太阳能电池的性能通过改善电子收集和运输的效率,同时抑制电荷复合3- - - - - -6]。然而,氧化锌的不稳定性在酸性染料从Ru-based染料及其电子注入效率低导致较低的转换效率基于纯氧化锌的DSSC光电阳极(7]。因此,光电阳极由两个或两个以上的材料吸引了新的关注由于明显的优点结合不同的材料,也就是说,高电子传递速率的氧化锌和TiO的电子注入效率高2从Ru-based染料。

在这篇文章中,氧化锌和TiO组成的混合光电阳极2是捏造的SnO2:F (FTO)透明导电玻璃基板上使用不同的技术包括电泳沉积、丝网印刷、胶体喷涂。两种氧化锌,即氧化锌四足动物和氧化锌纳米棒,在本研究采用。复合薄膜的结构和形态特征进行了使用扫描电子显微镜(SEM)。当前density-voltage电流-电压曲线,在1.5照明100 mW /厘米2光强度,测定和分析。

2。实验

2.1。氧化锌四足动物和纳米棒的合成

氧化锌四足动物准备通过热蒸发方法从我们以前的报告8]。氧化锌纳米棒的合成FTO玻璃基板,与氧化锌种子粒子通过水热了预存款增长路线。氧化锌种子层准备通过结合溶胶-凝胶过程和旋转涂布技术,后(报告的步骤9]。

2.2。丝网印刷

约,TiO的2.0 g2和2.0克氧化锌四足动物被分散到两个混合物,每个都包含0.4克挂钩- 20000,10毫升松油醇,0.4 g乙基纤维素,乙酰丙酮和0.4毫升、分别为2 h和地面。

一位TiO2层将面临导电表面屏幕打印然后退火在450°C 0.5 h。氧化锌的过程重复混合物。最后,另一个TiO2层是丝网印刷,在相同的条件下退火。这个过程的一种备选方法是旋转外套TiO的一层2先溶胶,然后丝网印刷氧化锌/ TiO2层的复合薄膜。

2.3。胶体喷涂

中使用的泥浆胶体喷涂用于丝网印刷是一样的。FTO眼镜与纸带垂直固定在墙上,喷枪是30厘米的眼镜。一层氧化锌是第一喷雾涂层FTO眼镜另一个TiO紧随其后2层。随后,复合氧化锌/ TiO2层退火在450°C 0.5 h。

2.4。电泳沉积

氧化锌的制备四足动物/ TiO2薄膜通过电泳包括以下步骤:(1)0.1000 g氧化锌的混合四足动物和0.0010 g TiO2被分散到乙醇的混合溶剂由75毫升和25毫升的水在超声分散10分钟;(2)两个清洁FTO玻璃基板被用作正负电极与一个1.5厘米的空间之间的两个电极的表面;(3)电泳电压设置为60 V;(4)样品退火在150°C的电泳后20分钟;(5)重复步骤1 - 4中选出三个氧化锌四足动物/ TiO2层;(6)最后,复合薄膜退火在450°C 0.5 h。

2.5。氧化锌纳米棒/ TiO2复合膜

TiO2索尔首次准备使用16毫升tetrabutyltitanate 10毫升的乙二醇monomethylether 40毫升乙醇,和0.0240克挂钩,混合和搅拌60°C。

随后,氧化锌纳米棒的FTO玻璃是溶液中浸泡约0.5 h,然后退火在450°C 0.5 h。

2.6。DSSC组装

准备的氧化锌/ TiO2混合光电阳极都沉浸在N3乙醇溶液5 h吸收染料,然后用乙醇洗几次。一个Pt-coated FTO玻璃用作反电极。电解液然后扔进它,一个三明治类型的太阳能电池是捏造的,用来测量photo-to-electric转换效率。

2.7。特征

氧化锌/ TiO的形态2复合光电阳极用扫描电镜测量(日立s - 4800)。的电流-电压太阳能电池的特性是使用2410年吉时利源测量的仪表在1-sun照明(1.5,100 mW /厘米2从太阳能模拟器)。

3所示。结果与讨论

3.1。形貌的氧化锌和氧化锌/ TiO2复合膜

图1显示了氧化锌的SEM图像获得的四足动物通过热蒸发方法,这是最简单的方法制备氧化锌四足动物。锌粉直接放置到反应堆热蒸发和氧化。在这个过程中不需要催化剂,反应气氛不需要控制核反应堆。此外,氧化锌四足动物准备用热蒸发表现出完美的形态与晶体质量高。


图1
氧化锌的SEM图像四足动物。

图2显示了氧化锌纳米棒的SEM图像获得通过水热生长。氧化锌纳米棒显示完美的六角形状具有良好的方向。


图2
SEM顶视图氧化锌纳米棒的图像。

图3显示了横断面和俯视图氧化锌四足动物/ TiO的图像2通过丝网印刷photo-anode捏造。氧化锌四足动物/ TiO的图像显示2复合膜表现出均匀的多孔结构,可以大大增加表面积,提高染料的吸收。

(一)
(一)
(b)
(b)
图3
扫描电镜的横断面(a)和俯视图(b)氧化锌四足动物/ TiO的形象2光电阳极通过丝网印刷制作。

图4显示了复合膜的扫描电镜图像通过胶体喷涂捏造。这部电影还有一个多孔结构。然而,这种多孔结构不均匀而电影通过丝网印刷准备。图5介绍了电泳沉积氧化锌四足动物/ TiO的形态学2复合膜,这也显示了一个多孔结构。

(一)
(一)
(b)
(b)
图4
扫描电镜的横断面(a)和俯视图(b)氧化锌四足动物/ TiO的形象2通过胶体喷涂光电阳极组装。

图5
SEM氧化锌四足动物/ TiO的形象2通过电泳沉积光电阳极组装。

图6显示了氧化锌纳米棒/ TiO的形态2复合膜,TiO2纳米颗粒显示致密堆积,不宜染料吸收。


图6
氧化锌纳米棒/ TiO的扫描电镜图像2光电阳极。
3.2。DSSC的性能

图7显示了电流-电压特点是1.5下的DSSC照明100 mW /厘米2光密度。短路电流密度(JSC),开路电压(VOC),填充因数(FF)和能量转换( )来自电流-电压曲线表中列出1。基于丝网印刷层压TiO DSSC2/氧化锌/ TiO四足动物2光电阳极效率最高的1.87%,这是由于其均匀的多孔结构。另一方面,胶体喷涂氧化锌四足动物/ TiO2复合膜有一个非均匀多孔结构;因此,DSSC基于它的效率下降到0.34%。氧化锌奈米棒/ TiO2密集结构,不宜对染料的吸收,导致效率降低到0.24%。DSSC基于电泳沉积氧化锌四足动物/ TiO2复合光电阳极效率最低的0.1%,这可能是由于微级氧化锌四足动物的大小。这种情况不利于电泳沉积,导致复合膜质量很差。另一个原因可能是最好的氧化锌与TiO的比率2和最优电泳参数仍然未知。的电子传递效率高和各种形态结构的氧化锌氧化锌/ TiO2复合光电阳极仍被证明是很好的前景改善DSSCs的光电转换效率。

表1
基于氧化锌/ TiO DSSC光电性能2复合膜。

图7
基于氧化锌/ TiO IV DSSC曲线2复合膜。

4所示。结论

混合氧化锌/ TiO2光电阳极是准备使用电泳沉积,丝网印刷,胶体喷涂利用氧化锌的电子传递率高和TiO的电子注入效率高和稳定性2材料。基于这些混合DSSCs光电阳极组装。DSSC基于丝网印刷最高权力转换的1.87%,而DSSC基于电泳沉积最低0.10%的能量转化。与此同时,大型氧化锌四足动物从热蒸发不适合电泳沉积,产生质量差电泳胶片。因此,小型氧化锌四足动物从微乳液和有机热解方法将被用于未来的电泳沉积过程。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金(60907014)和北京交通大学学校的基础(2009 jbz019-2) (2009 jbm110)。