漿料的制備方法對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池性能優(yōu)化

李拴

摘 要：TiO2作為染料，在染料敏化太陽(yáng)能電池性能中具有重要作用，TiO2能夠利用漿料制備出光陽(yáng)極薄膜，以保障染料敏化太陽(yáng)能電池性能的發(fā)揮。在此過(guò)程中，漿料的配比與涂覆層數(shù)、燒結(jié)方式均對(duì)電池性能具有影響，對(duì)此文章以實(shí)驗(yàn)研究的形式，就漿料的制備方法對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池性能優(yōu)化的影響進(jìn)行探索與分析。

關(guān)鍵詞：漿料制備 ;染料敏化太陽(yáng)能電池 ;電池性能優(yōu)化

對(duì)于染料敏化太陽(yáng)能電池來(lái)講，作為新型的太陽(yáng)能電池，其制作方法簡(jiǎn)單，且電池結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性，在新能源電池行業(yè)中具有較好的發(fā)展前景。且伴隨當(dāng)下科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，染料敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率得到了進(jìn)一步的提升。就燃料敏華太陽(yáng)能電池來(lái)講，光陽(yáng)極、對(duì)電極、電解質(zhì)、敏華染料作為構(gòu)成電池的主要部分，對(duì)電池性能的優(yōu)化具有相關(guān)性。

一、實(shí)驗(yàn)

1.1試劑和儀器

在對(duì)漿料的制備方法與染料敏化太陽(yáng)能電池性能優(yōu)化關(guān)系的研究中，研究主要以實(shí)驗(yàn)的形式開(kāi)展。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用到的試劑包含葡萄糖、分析純、乙基纖維素、松油醇、TiO2粉末、無(wú)水乙醇，以上試劑均來(lái)自于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

主要儀器包含

主要儀器：FA1004分析天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）;KQ-100E超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）;CL-200控溫磁力攪拌器（金壇市醫(yī)療儀器廠）;JM322R絲網(wǎng)印刷（天津三興精密絲印移印設(shè)備廠）;Oriel Sol 3A class solar simulator太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)（美國(guó)Newport公司）;D8 Advance多晶X-射線衍射儀（德國(guó)Bruker公司）;S-4800場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（日本日立公司）。

1.2TiO2漿料制備

在進(jìn)行TiO2漿料制備的制備過(guò)程中，首先選擇乙基纖維素1.25g，將其溶于25ml的松油醇溶液中并進(jìn)行攪拌，在攪拌24h后，制備出5%乙基纖維素的松油醇溶液。同樣采取此類方式制備15%的乙基纖維素松油醇溶液。將P25在乙醇溶液中進(jìn)行分散，同時(shí)加入乙基纖維素松油醇溶液攪拌均勻，將攪拌后的溶液進(jìn)行加蒸，以將其中含有的乙醇進(jìn)行分解蒸出以確保TiO2漿料的制備。

1.3染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極制備及組裝

在進(jìn)行電池光陽(yáng)極的制備過(guò)程中，首先需要就FTO導(dǎo)電玻璃進(jìn)行準(zhǔn)備，選擇10cm*2cm面積大小的FTO導(dǎo)電玻璃，將其在丙酮、乙醇、純水中進(jìn)行超聲波清洗，清洗完畢、干燥待用。

方法：在FTO導(dǎo)電玻璃上使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，將P25進(jìn)行直接涂覆，制備出0.16cm*0.16cm大小的TiO2漿料膜。值得注意的是，在此過(guò)程中涂料在不斷涂覆時(shí)，需要每涂覆一層鍛燒一層，根據(jù)涂覆過(guò)程就鍛燒溫度進(jìn)行升溫，每次升溫標(biāo)準(zhǔn)為10℃/min，在溫度達(dá)到450℃，時(shí)間為30min時(shí)等待爐溫下降至室溫，以此重復(fù)涂覆與鍛燒過(guò)程。在此過(guò)程中，工作人員需要不斷就每層進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，以確保最佳層數(shù)的確定。

將制備好的TiO2薄膜電極在N719溶液中進(jìn)行浸泡，一般浸泡時(shí)間為48h。在電極取出時(shí)需要采用乙醇溶液對(duì)電極進(jìn)行清洗，在干燥后可得到光陽(yáng)極。實(shí)驗(yàn)制備光陽(yáng)極與鉑電極進(jìn)行組裝，采用電極夾進(jìn)行夾住，在電池中間滴入兩滴電解液，最后對(duì)太陽(yáng)能電池的性能進(jìn)行檢測(cè)。

1.4表征與測(cè)試

采用D8 Advance多晶X-射線衍射儀（XRD）分析TiO2粉末和薄膜晶型結(jié)構(gòu)。采用S-4800場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）觀察樣品的表面和斷層形貌。染料敏化太陽(yáng)能電池光伏性能采用美國(guó)Newport公司太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)（Oriel Sol 3A class solar simulator），在100 mw？cm-2的模擬太陽(yáng)光和功率2W，980nm波長(zhǎng)的激發(fā)光源下完成測(cè)試。

二、結(jié)果與討論

2.1XRD分析

從TiO2薄膜與TiO2粉末XRD圖來(lái)講，TiO2薄膜與TiO2粉末圖譜基本一致，圖譜中銳鈦礦含量較高，這也是提升電池光電性能的主要元素。

2.2SEM分析

根據(jù)SEM分析結(jié)果顯示，P25粉末顆粒分散均勻，但存在團(tuán)聚現(xiàn)象，團(tuán)聚現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于樣品處理未處理因素所導(dǎo)致的，在樣品未經(jīng)處理時(shí)，樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密，染料難以滲透，電解質(zhì)不易擴(kuò)散，影響著電池光電性能。TiO2薄膜電極在鍛燒后為雙層結(jié)構(gòu)，顆粒分布緊密，且顆粒大小緊緊相融，均一疏松，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象。對(duì)此TiO2薄膜電極能夠加強(qiáng)電子之間的傳輸效率，促進(jìn)染料與電解質(zhì)的滲透，對(duì)電池光電之間的轉(zhuǎn)化具有積極作用。

2.3性能測(cè)試分析

以開(kāi)路電壓不變?yōu)榍疤幔?.5gP25+5%乙基纖維素的松油醇溶液的電流為13.715 mA/cm2，光電轉(zhuǎn)換效率為6.173%。此配方效率顯然高于其他漿料配方，主要是因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)疏松且比表面積較大，不僅便于電子的傳輸以及電解質(zhì)的擴(kuò)散，更利于染料的吸收。因此電池的光電轉(zhuǎn)化效率會(huì)增高。所以，0.5gP25+5%乙基纖維素的松油醇溶液的漿料配方為最優(yōu)選擇。

當(dāng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高的時(shí)候，所涂層數(shù)為8層，此時(shí)電流為13.789 mA/cm2，光電轉(zhuǎn)化效率為6.422%。但是當(dāng)涂覆層數(shù)超過(guò)9層時(shí)，其光電轉(zhuǎn)換效率又隨著層數(shù)的增高而降低。因而涂覆8層為最優(yōu)選擇。因此，最優(yōu)TiO2薄膜光電極最佳制備方法為0.5gP25+5%乙基纖維素的松油醇溶液的漿料配方搭配8層涂層數(shù)，且鍛燒方式選擇管式爐緩慢降至室溫后再選擇涂覆下一層。

三、結(jié)論

為保障TiO2薄膜優(yōu)質(zhì)性，文章就P25漿料的配方進(jìn)行了研究與制備，研究結(jié)果表明，將TiO2薄膜作為P25層在染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極中的應(yīng)用，能夠促進(jìn)電池性能的優(yōu)化。TiO2薄膜電極在鍛燒后為雙層結(jié)構(gòu)，顆粒分布緊密、大小緊緊相融，均一疏松，對(duì)促進(jìn)染料與電解質(zhì)的滲透具有積極性，有利于電池光電轉(zhuǎn)化效率的提升。

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