电沉积表面修饰对染料敏化太阳电池微观性能影响机理研究

作者：寇东星; 刘伟庆; 胡林华; 陈双宏; 黄阳; 戴松元

来源：Acta Chimica Sinica, 2013, 71(05): 777-781.

• 染料敏化
• 太阳电池
• 强度调制光电流谱/光电压谱
• 电子复合
• 电沉积

为了改善染料敏化太阳电池内电子的传输复合过程,研究者尝试不同方法制备或改性TiO2薄膜.对TiO2薄膜进行后处理,在其表面引入一层小颗粒层,是一种有效的方法并被广泛研究.通过对TiO2薄膜不同时间的电沉积表面修饰,细致研究了表面修饰后染料敏化太阳电池微观性能的变化机制.采用阳极氧化法在TiCl3水溶液中对TiO2薄膜进行电沉积后处理,将溶液pH值调至2.2,装置的反应速率由恒电位仪控制.不同沉积时间电池带边移动以及电子传输复合的动力学过程,借助强度调制光电流谱(IMPS)/强度调制光电压谱(IMVS)和电化学阻抗谱(EIS)等探测技术表征.研究表明,电沉积在TiO2薄膜表面引入了大量浅能级陷阱态,以致电势较高时电容随沉积时间延长增加明显.不同时间的电沉积表面修饰在TiO2薄膜表面形成了新的小颗粒层并改善了TiO2颗粒间接触,在改善电子注入及收集过程的同时,也有效抑制了内部电子复合.IMPS/IMVS结果表明,电沉积对动力学过程改善的效果受光强影响明显,弱光下作用更为突出.此外,电池开路电压主要受带边移动及内部复合变化影响,随沉积时间延长,表面电荷的增多使TiO2薄膜带边逐渐正移,有效改善了光电流却限制了开路电压的提升.在适合的电沉积时间下,电沉积表面修饰可以同时改善光电流和光电压.

• 单位
  中国科学院; 南昌航空大学; 中国科学院等离子体物理研究所