染料敏化太阳能电池光阳极的掺杂和修饰

采用溶胶－凝胶法等方法制备钒，铌、钽、钌等金属掺杂的二氧化钛纳晶，并在其表面用钛、锌、铝、铌等的金属氧化物进行表面修饰，制备新型的二氧化钛纳晶薄膜。测量纳晶的晶型和形貌，研究掺杂和表面修饰对纳晶半导体薄膜的热力学性能，包括纳晶薄膜的能级位置，杂质能级密度和位置、表面能级密度和位置等的影响规律。采用强度调制光电流/光电压谱、瞬态吸收光谱等技术测量二氧化钛纳晶薄膜中电子的动力学参数，包括电子注入速度、输运速度和复合速度等，分析动力学特性与热力学性能之间的相互关系，并从理论上分析纳晶薄膜的动力学性能对DSC光电转换效率的影响，以此指导新型高性能半导体纳晶薄膜的研制。通过优化制备条件和参数，获得新型高性能二氧化钛纳晶薄膜，并以此组装高光电转换效率的染料敏化纳晶薄膜太阳能电池。

本项基金的研究目的在于通过对染料敏化电池中二氧化钛纳晶电极的掺杂以改善其的电荷传输性能，调整其能级位置，达到提高染料敏化电池光电转换效率的目的。.我们采用水热法制备了不同浓度的Sn，Ru，V，Nb，Ta，Mg，Zr，Al，Zn，Sb，Ca等金属掺杂的二氧化钛胶体，并用旋涂法制备了新型的二氧化钛纳晶薄膜，用各种技术对纳晶薄膜的基本参数如：晶粒尺寸、晶型、平带电位、掺杂浓度等进行了表征。采用强度调制光电流/光电压谱、交流阻抗谱测量了不同掺杂样品的动力学性能包括：电子输运速度和电子复合速度等，研究了能带结构与动力学性能之间的关系。测量了组装电池的光电特性，分析了能带结构、电子输运速度、电子复合速度与电池性能的关系。.研究结果表明掺杂对于二氧化钛纳晶的晶粒尺寸，晶型等没有明显的影响，但晶格参数略有改变。金属离子的掺杂都会在一定程度上改善纳晶电极的电荷输运性能，有利于电子收集效率的提高。V,Nb,Ta,Al,Zn,Sb,Ca等金属的掺杂会导致平带电位的正移，使光电流增加光电压降低。Sn,Mg,Zr的掺杂则相反，会使平带电位负移，能增加光电压，但不利于染料向半导体的电子注入。在合适的掺杂浓度下掺杂使光电转换效率得到提高