基于铝离子掺杂二氧化钛薄膜的染料敏化太阳能电池的光电性能

采用水热法制备出Al3+掺杂二氧化钛薄膜,通过玻璃棒涂于导电玻璃上,在450°C的温度下烧结并将其用N3染料敏化制成染料敏化太阳能电池(DSSCs).通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及DSSCs测试系统对其进行了测试表征,研究了Al3+掺杂对TiO2晶型及染料敏化太阳能电池的光电性能影响.XPS数据显示Al3+成功掺杂到了TiO2晶格内,由于Al3+的存在,对半导体内电子和空穴的捕获及阻止电子/空穴对的复合发挥重要作用.莫特-肖特基曲线显示掺杂Al3+后二氧化钛平带电位发生正移,并导致电子从染料注入到TiO2的驱动力提高.DSSCs系统测试结果表明,Al3+掺杂的TiO2薄膜光电效率达到6.48%,相对于无掺杂的纯二氧化钛薄膜光电效率(5.58%),其光电效率提高了16.1%,短路光电流密度从16.5mA·cm-2提高到18.2mA·cm-2.     

染料敏化太阳能电池掺杂TiO2纳晶光阳极

染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cells, DSC）效率高、制作简单、成本低,因此被认为是最有希望的第三代太阳能电池。DSC光阳极的主要作用是吸附染料、传输电子和提供电解质扩散通道,因此对DSC光电性能具有决定性作用。近年来,通过掺杂调控TiO₂光阳极的电子特性,从而提高DSC的光电效率受到广泛关注。本文对掺杂TiO₂光阳极的研究现状进行了综述,重点分析了非金属元素、过渡金属元素及主族元素的掺杂对TiO₂光阳极的能带结构、光吸收特性、染料吸附量、电子传输和界面复合过程以及所组装DSC光电性能的影响,分析了非金属元素共掺杂的协同效应。同时,对稀土元素掺杂TiO₂作为光谱转换材料提高DSC光吸收效率和光电转换效率进行了探讨,最后论文对掺杂TiO₂光阳极今后的研究重点和研究方向进行了展望。