搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

染料敏化太阳电池中TiO2颗粒界面接触对电子输运影响的研究

许双英 胡林华 李文欣 戴松元

引用本文:
Citation:

染料敏化太阳电池中TiO2颗粒界面接触对电子输运影响的研究

许双英, 胡林华, 李文欣, 戴松元

Effect of interface contacts between TiO2 particles on electron transport in dye-sensitized solar cells

Xu Shuang-Ying, Hu Lin-Hua, Li Wen-Xin, Dai Song-Yuan
PDF
导出引用
  • 采用溶胶-凝胶法制备TiO2浆料,通过丝网印刷技术印刷和不同温度曲线烧结TiO2薄膜,并应用于染料敏化太阳电池(DSC).高分辨透射电子显微镜发现,低温下多孔薄膜中TiO2颗粒之间呈现点接触,510 ℃烧结后TiO2颗粒间由点接触变为面接触,近邻颗粒数增多,接触面积增大.同时采用强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)技术,研究了不同颗粒接触方式和接触面积对电子传输与复合的影响.结果表明:在420 510 ℃之间,随着烧结温度提高,颗粒接触面积增大,电子传输时间( d)缩短,电子有效扩散长度(L n)增大,暗电流减小;当烧结温度达到550 ℃时,薄膜比表面积减小,多孔结构坍塌,表面态密度增大,电子传输时间( d)增大.电池光伏特性研究表明:在480510 ℃范围内烧结得到的TiO2薄膜,电池短路电流密度(Jsc)最佳,电池效率()最好.
    Based on sol-gel and screen-printed method, nanoporous TiO2 thin films obtained under different sintering temperatures and times are adopted in dye-sensitized solar cells. According to FESEM, TiO2 particles tend to compact through touch contact under low sintering temperature, but touch contact is substituted by surface contact when the temperature is up to 510 ℃, which results in larger particle coordination number. Moreover, the influence of different contact ways between TiO2 particles on the electron transport is investigated by IMPS/IMVS technology. The results indicate that with the sintering temperature increasing from 420 ℃ to 510 ℃, the electron transport time ( d) decreases while the electron effective diffusion length (L n) increases, owing to the increased contact surface between TiO2 particles. However, when the sintering temperature increases up to 550 ℃, the porous structure of the TiO2 electrode collapses and new surface state appears on the TiO2 surface, leading to the increase of d. It is suggested that the larger short-circuit current density (Jsc) and efficiency () can be obtained when the sintering temperature of nanoporous TiO2 film is in a range of 480-510 ℃.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2011CBA00700)、国家高技术研究发展计划(批准号:2009AA050603)和中国科学院知识创新工程重要方向项目(批准号:KGCX2-YW-326)资助的课题.
    [1]

    ORegan B, Greatzel M 1991 Nature 353 737

    [2]

    Hegfleldt A, Greatzel M 1995 Chem. Rev. 95 49

    [3]
    [4]

    Dai S Y, Kong F T, Hu L H, Shi C W, Fang X Q, Pan X, Wang K J 2005 Acta Phys. Sin. 54 1919 (in Chinese) [戴松元、孔凡太、胡林华、史成武、方霞琴、潘 旭、王孔嘉 2005 物理学报 54 1919]

    [5]
    [6]
    [7]

    Zhang Y, Zhao Y, Cai N, Xiong S Z 2008 Acta Phys. Sin. 57 5806 (in Chinese)[张 苑、赵 颖、蔡 宁、熊绍珍 2008 物理学报 57 5806]

    [8]

    Mincuzzi G, Vesce L, Reale A, Carlo A D, Brown T M 2009 Appl. Phys. Lett. 95 103312

    [9]
    [10]
    [11]

    Kim H, Auyeung R C Y, Ollinger M, Kushto G P, Kafafi Z H, Pique A 2006 Appl. Phys. A 83 73

    [12]
    [13]

    Hart J N, Cervini R, Cheng Y B, Simon G P, Spiccia L 2004 Solar Ener. Mater. Solar Cells 84 135

    [14]
    [15]

    Park N G, Kim K M, Kang M G, Ryu K S, Chang S H, Shin Y J 2005 Adv. Mater. 17 2349

    [16]

    Li X, Lin H, Li J B, Wang N, Lin C F, Zhang L Z 2008 J. Photochem. and Photobio. A: Chem. 1985 247

    [17]
    [18]
    [19]

    Nakade S, Matsuda M, Kambe S, Saito Y, Kitamura T, Sakata T, Wada Y, Mori H, Yanagida S 2002 J. Phys. Chem. B 106 10004

    [20]
    [21]

    Alexander G A, Anders H 2008 J. Phys. Chem. C 112 10021

    [22]
    [23]

    Huang P Y 1997 Principles of powder metallurgy (Beijing:Metallurgical Industry Press) p268-272 (in Chinese) [黄培云 1997 粉末治金原理(北京:冶金工业出版社)第268-272页]

    [24]
    [25]

    Zhang S H 2004 MS Thesis (Changchun: JiLin University) (in Chinese) [张思华 2004 硕士学位论文(长春:吉林大学)\]

    [26]

    Gao J Q 2009 Preparation of Inorganic Non-metallic Materials (Xi'an:Xi'an Jiaotong University Press) p136-144(in Chinese)[高积强 2009 无机非金属材料制备方法(西安:西安交通大学出版社)第136-144页]

    [27]
    [28]
    [29]

    Hu L H, Dai S Y, Wang K J 2003 Acta Phys. Sin. 52 2135 (in Chinese) [胡林华、戴松元、王孔嘉 2003 物理学报 52 2135]

    [30]

    Xu W W, Dai S Y, Fang X Q, Hu L H, Kong F T, Pan X, Wang K J 2005 Acta Phys.Sin. 54 5943 (in Chinese) [徐炜炜、戴松元、方霞琴、胡林华、孔凡太、潘 旭、王孔嘉 2005 物理学报 54 5943]

    [31]
    [32]
    [33]

    Stathatos E, Lianos R, Zakeeruddin S M, Liska P, Gratzel M 2003 Chem. Mater. 15 1825

    [34]
    [35]

    Peter L M, Wijayantha K G U 1999 Electrochem. Commum. 1 576

    [36]
    [37]

    Zhao D, Peng T Y, Lu L L, Cai P, Jiang P, Bian Z Q 2008 J. Phys. Chem. C 112 8486

    [38]
    [39]

    Schlichthorl G, Park N G, Frank A J 1999 J. Phys. Chem. B 103 782

    [40]

    Kopidakis N, Benkstein K D, van de Lagemaat J, Frank A J 2003 J. Phys. Chem. B 107 11307

    [41]
    [42]

    Kou D X, Liu W Q, HU L H, Huang Y, Dai S Y, Jiang N Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 5858 (in Chinese) [寇东星、刘伟庆、胡林华、黄 阳、戴松元、姜年权 2010 物理学报 59 5858]

    [43]
  • [1]

    ORegan B, Greatzel M 1991 Nature 353 737

    [2]

    Hegfleldt A, Greatzel M 1995 Chem. Rev. 95 49

    [3]
    [4]

    Dai S Y, Kong F T, Hu L H, Shi C W, Fang X Q, Pan X, Wang K J 2005 Acta Phys. Sin. 54 1919 (in Chinese) [戴松元、孔凡太、胡林华、史成武、方霞琴、潘 旭、王孔嘉 2005 物理学报 54 1919]

    [5]
    [6]
    [7]

    Zhang Y, Zhao Y, Cai N, Xiong S Z 2008 Acta Phys. Sin. 57 5806 (in Chinese)[张 苑、赵 颖、蔡 宁、熊绍珍 2008 物理学报 57 5806]

    [8]

    Mincuzzi G, Vesce L, Reale A, Carlo A D, Brown T M 2009 Appl. Phys. Lett. 95 103312

    [9]
    [10]
    [11]

    Kim H, Auyeung R C Y, Ollinger M, Kushto G P, Kafafi Z H, Pique A 2006 Appl. Phys. A 83 73

    [12]
    [13]

    Hart J N, Cervini R, Cheng Y B, Simon G P, Spiccia L 2004 Solar Ener. Mater. Solar Cells 84 135

    [14]
    [15]

    Park N G, Kim K M, Kang M G, Ryu K S, Chang S H, Shin Y J 2005 Adv. Mater. 17 2349

    [16]

    Li X, Lin H, Li J B, Wang N, Lin C F, Zhang L Z 2008 J. Photochem. and Photobio. A: Chem. 1985 247

    [17]
    [18]
    [19]

    Nakade S, Matsuda M, Kambe S, Saito Y, Kitamura T, Sakata T, Wada Y, Mori H, Yanagida S 2002 J. Phys. Chem. B 106 10004

    [20]
    [21]

    Alexander G A, Anders H 2008 J. Phys. Chem. C 112 10021

    [22]
    [23]

    Huang P Y 1997 Principles of powder metallurgy (Beijing:Metallurgical Industry Press) p268-272 (in Chinese) [黄培云 1997 粉末治金原理(北京:冶金工业出版社)第268-272页]

    [24]
    [25]

    Zhang S H 2004 MS Thesis (Changchun: JiLin University) (in Chinese) [张思华 2004 硕士学位论文(长春:吉林大学)\]

    [26]

    Gao J Q 2009 Preparation of Inorganic Non-metallic Materials (Xi'an:Xi'an Jiaotong University Press) p136-144(in Chinese)[高积强 2009 无机非金属材料制备方法(西安:西安交通大学出版社)第136-144页]

    [27]
    [28]
    [29]

    Hu L H, Dai S Y, Wang K J 2003 Acta Phys. Sin. 52 2135 (in Chinese) [胡林华、戴松元、王孔嘉 2003 物理学报 52 2135]

    [30]

    Xu W W, Dai S Y, Fang X Q, Hu L H, Kong F T, Pan X, Wang K J 2005 Acta Phys.Sin. 54 5943 (in Chinese) [徐炜炜、戴松元、方霞琴、胡林华、孔凡太、潘 旭、王孔嘉 2005 物理学报 54 5943]

    [31]
    [32]
    [33]

    Stathatos E, Lianos R, Zakeeruddin S M, Liska P, Gratzel M 2003 Chem. Mater. 15 1825

    [34]
    [35]

    Peter L M, Wijayantha K G U 1999 Electrochem. Commum. 1 576

    [36]
    [37]

    Zhao D, Peng T Y, Lu L L, Cai P, Jiang P, Bian Z Q 2008 J. Phys. Chem. C 112 8486

    [38]
    [39]

    Schlichthorl G, Park N G, Frank A J 1999 J. Phys. Chem. B 103 782

    [40]

    Kopidakis N, Benkstein K D, van de Lagemaat J, Frank A J 2003 J. Phys. Chem. B 107 11307

    [41]
    [42]

    Kou D X, Liu W Q, HU L H, Huang Y, Dai S Y, Jiang N Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 5858 (in Chinese) [寇东星、刘伟庆、胡林华、黄 阳、戴松元、姜年权 2010 物理学报 59 5858]

    [43]
  • [1] 周展辉, 李群, 贺小敏. AlN/β-Ga2O3异质结电子输运机制. 物理学报, 2023, 72(2): 028501. doi: 10.7498/aps.72.20221545
    [2] 廖开升, 李志锋, 李梁, 王超, 周孝好, 戴宁, 李宁. 阻挡杂质带红外探测器中的界面势垒效应. 物理学报, 2015, 64(22): 227302. doi: 10.7498/aps.64.227302
    [3] 柳福提, 程艳, 陈向荣, 程晓洪, 曾志强. Au-Si60-Au分子结电子输运性质的理论计算. 物理学报, 2014, 63(17): 177304. doi: 10.7498/aps.63.177304
    [4] 李彪, 徐大海, 曾晖. 边缘重构对锯齿型石墨烯纳米带电子输运的影响. 物理学报, 2014, 63(11): 117102. doi: 10.7498/aps.63.117102
    [5] 邓小清, 杨昌虎, 张华林. B/N掺杂对于石墨烯纳米片电子输运的影响. 物理学报, 2013, 62(18): 186102. doi: 10.7498/aps.62.186102
    [6] 柳福提, 程艳, 羊富彬, 程晓洪, 陈向荣. Si4团簇电子输运性质的第一性原理计算. 物理学报, 2013, 62(14): 140504. doi: 10.7498/aps.62.140504
    [7] 柳福提, 程艳, 羊富彬, 程晓洪, 陈向荣. Au-Si-Au结点电子输运性质的第一性原理计算. 物理学报, 2013, 62(10): 107401. doi: 10.7498/aps.62.107401
    [8] 胡飞, 段玲, 丁建文. 锯齿型石墨纳米带叠层复合结的电子输运. 物理学报, 2012, 61(7): 077201. doi: 10.7498/aps.61.077201
    [9] 徐炜炜, 胡林华, 罗向东, 刘培生, 戴松元. 基于薄膜电极溶胶修饰的染料敏化太阳电池光电特性研究. 物理学报, 2012, 61(8): 088801. doi: 10.7498/aps.61.088801
    [10] 赵佩, 郑继明, 陈有为, 郭平, 任兆玉. 单壁碳纳米管吸附氧分子的电子输运性质理论研究. 物理学报, 2011, 60(6): 068501. doi: 10.7498/aps.60.068501
    [11] 张迷, 陈元平, 张再兰, 欧阳滔, 钟建新. 堆叠石墨片对锯齿型石墨纳米带电子输运的影响. 物理学报, 2011, 60(12): 127204. doi: 10.7498/aps.60.127204
    [12] 哈日巴拉, 师兰, 姜磊, 郭金毓, 原光瑜, 王李波, 刘宗瑞. 纳米TiO2叶片状阵列电极的制备及其在染料敏化太阳电池中电子的输运性能. 物理学报, 2011, 60(8): 088101. doi: 10.7498/aps.60.088101
    [13] 寇东星, 刘伟庆, 胡林华, 黄阳, 戴松元, 姜年权. 电极表面改性对染料敏化太阳电池性能影响的机理研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5857-5862. doi: 10.7498/aps.59.5857
    [14] 刘伟庆, 寇东星, 胡林华, 黄阳, 姜年权, 戴松元. 调制光/电作用下染料敏化太阳电池中电荷传输和界面转移研究. 物理学报, 2010, 59(7): 5141-5147. doi: 10.7498/aps.59.5141
    [15] 郑新亮, 郑继明, 任兆玉, 郭平, 田进寿, 白晋涛. 钽硅团簇电子输运性质的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5709-5715. doi: 10.7498/aps.58.5709
    [16] 牛秀明, 齐元华. 分子结点电子输运性质的理论研究. 物理学报, 2008, 57(11): 6926-6931. doi: 10.7498/aps.57.6926
    [17] 周 梅, 常清英, 赵德刚. 一种减小GaN基肖特基结构紫外探测器暗电流的方法. 物理学报, 2008, 57(4): 2548-2553. doi: 10.7498/aps.57.2548
    [18] 张 苑, 赵 颖, 蔡 宁, 熊绍珍. 锐钛矿相TiO2纳米管的制备及其染料敏化太阳电池. 物理学报, 2008, 57(9): 5806-5809. doi: 10.7498/aps.57.5806
    [19] 熊大元, 李 宁, 徐文兰, 甄红楼, 李志锋, 陆 卫. 甚长波量子阱红外探测器的暗电流特性研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5424-5428. doi: 10.7498/aps.56.5424
    [20] 郭 力, 梁林云, 陈 冲, 王命泰, 孔明光, 王孔嘉. 聚苯胺基固态染料敏化太阳电池中电子输运性能的研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4270-4276. doi: 10.7498/aps.56.4270
计量
  • 文章访问数:  9415
  • PDF下载量:  724
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-01-21
  • 修回日期:  2011-02-18
  • 刊出日期:  2011-11-15

/

返回文章
返回