PVP對染料敏化太陽電池特性的影響
聚乙烯吡咯烷酮PVP為成膜劑,采用刮涂的方法制備染料敏化太陽電池光陽極中的TiO2薄膜。將一定量的PVP溶解到無水乙醇中與0.5gP25以及其他有機小分子物質混合,攪拌均勻后研磨制成TiO2膠體,將其均勻涂覆在導電玻璃上(膜厚度約為14μm),經過450℃燃結后浸附燃料,制成TiO2光陽極。研究發現:當其他條件不變的情況下,最后得出最優的PVP加入量為0.30g,電池的光電轉換效率可達6.37%。
染料敏化太陽能電池由半導體光陽極、陰極和兩級質檢的電解質組成。半導體光陽極是由粘附在導電玻璃上的許多孔納米晶TiO2薄膜和吸附在TiO2顆粒上的光敏染料構成。通常,使用刮涂法(即Doctor Blade)或絲網印刷技術等,將TiO2涂覆到導電玻璃上,然后高溫燒結制成。
一種方法是用聚乙二醇(PEC)、乙醇體系膠體,采用絲網印刷扥方法制備TiO2薄膜,實驗發現這種技術不但能防止TiO2薄膜龜裂還能保住高質量的多孔結構,當薄膜為17μm時光電轉換效率達到5.18%。
另一種方法是用乙酰丙酮、乙醇體系膠體和絲網印刷的方法制作銳鈦礦相TiO2薄膜(15μm厚),其光電轉換效率可達到4.1%。以上可見,TiO2漿料的組分對電池性能具有非常顯著的影響。
采用P25、PVP、無水乙醇為主要成分,配置TiO2膠體,通過刮涂方法制備約14μm厚的TiO2薄膜,制作和組裝電池。研究發現在其他條件不變的情況下,改變PVP的用量對TiO2薄膜的質量、電池性能影響很大。
通過研究實驗可見,適當的加入適量的PVP一方面可以有效地抑制TiO2顆粒的團聚現象,改善成膜性和均勻性,增加孔隙率,從而增加染料的吸附量;同時也不破壞TiO2顆粒之間以及TiO2顆粒與導電玻璃之間的有效連接,保障載流子的有效傳輸,這樣才能提高染料敏化太陽電池性能。
通過大量的實驗分析,對0.5gP25粉來說,PVP的加入量應以0.30g最為適宜。過多會阻斷TiO2顆粒之間的連接,從而阻礙電子有效傳輸,不利于電池性能提高;不足導致納米TiO2電極孔洞分布不均、團聚嚴重,也會降低電池性能。
因此,當PVP含量為0.30g時(針對于0.50gP25粉而言),TiO2電極厚度為14μm時,染料敏化太陽電池光電轉換效率最高,可達到6.37%。進一步優化TiO2電極結構,電池的光電轉換效率又有所提高。
行業資訊