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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

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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
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  • 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.
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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

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