羅小成

摘 要：采用水熱法制備出Al3+摻雜二氧化錫薄膜，通過絲網(wǎng)印刷到導(dǎo)電玻璃（FTO）上，在馬弗爐程控0-450℃溫度下燒結(jié)7小時，并將其用N719染料敏化成染料敏化太陽能電池（DSSC），通過X射線衍射（XRD），掃描電鏡（SEM）透射電鏡（TEM）以及紫外可見光譜（uv-vis），對其進(jìn)行了表面形貌與光電性能表征，研究Al3+摻雜對SnO2晶型及染料敏化太陽能電池的光電性能影響，由于Al3+ 的存在，對半導(dǎo)體內(nèi)電子與空穴的捕獲及阻止電子/空穴對的復(fù)合發(fā)揮了重要作用。通過太陽能電池光電轉(zhuǎn)化率測試儀測試光電轉(zhuǎn)化率達(dá)到了2.1，相對于無摻雜的純二氧化錫薄膜光電轉(zhuǎn)化效率提高了0.8個點(diǎn)，短路電流密度4.72mAcm-2提高到5.96mAcm-2。

關(guān)鍵詞：Al摻雜；染料敏化太陽能電池；XRD；SEM；TEM；UV-ViS

引言

太陽光發(fā)電，作為無窮的，完全清潔的能源，近年來越來越受到人們的重視，目前，得到廣泛應(yīng)用的太陽能電池幾乎均采用硅材料。為降低成本節(jié)省昂貴高純硅材料，進(jìn)行了電化學(xué)薄膜等方面嘗試。其中一個重要方面將一種窄禁帶得到半導(dǎo)體材料修飾，把之裝到另一種寬帶隙半導(dǎo)體上形成染料敏化太陽能電池[1]

這種電池的優(yōu)點(diǎn)是可將吸收太陽光產(chǎn)生激發(fā)態(tài)電子區(qū)域與電荷傳遞區(qū)域從而減小復(fù)合，提高光電轉(zhuǎn)化率。

SnO2是一種非常重要的半導(dǎo)體材料，廉價，完全穩(wěn)定，它的帶隙是3.6eV。

90年代以來人們一直在探索制備高表面的SnO2薄膜方法，并用光敏化劑對其修飾提高光電轉(zhuǎn)換率。這種電池就是納米二氧化錫以及鋁離子摻雜染料敏化太陽能電池。

鋁離子摻雜二氧化錫染料敏化太陽能電池的研究，主要是通過摻九水硝酸鋁來提供鋁離子，從而比較不同摻雜濃度對電池光電因素與性能的影響。

這樣我們通過制備11種不同比例的Al摻雜SnO2納米漿料作為只改變光陽極，來研究電池的性能與表征。因此只討論制備光陽極。實(shí)驗(yàn)方法如下：

每次稱取21.04克SnCl4·5H2O，做11個樣品。摻雜九水硝酸鋁，摻雜摩爾比是：Al（NO3）3·9H2O：SnCl4·5H2O，從未摻雜到摻雜。未摻雜-0.5%-1%-1.5%-2%-2.5%-3%-3.5%-4%-4.5%-5%- 物質(zhì)的質(zhì)量比，稱量后再用量筒量取90ml去離子水與30ml無水乙醇倒入同一只燒杯，放在磁力攪拌器上攪拌，直到變成溶液，把溶液裝入三只聚四氟乙烯密封瓶里，放入反應(yīng)釜，然后放入電熱鼓風(fēng)干燥箱，經(jīng)過12小時，溫度180℃后，得到白色的物質(zhì)，這些物質(zhì)經(jīng)離心機(jī)分離提純得到摻Al的SnO2，把這些粉體加熱蒸發(fā)掉水與酒精最后得到干燥納米二氧化錫粉體，收集。收集粉體時，由于每次摻雜量不同，研缽都要用酒精洗干凈備用。

1 制備二氧化錫納米漿料

每次稱取相同的納米粉體1g，把粉末放入干凈的燒杯中，向燒杯里倒入90ml酒精，磁力攪拌器攪拌10鐘，然后加入乙基纖維素0.34g，10分鐘后加入松油醇1.2g，接著加熱，溫度在乙醇沸點(diǎn)以上。

加質(zhì)量比為：松油醇：乙基纖維素：二氧化錫=3.5：1：3最后得到糊狀的膏藥。

2 制備染料敏化太陽能電池

把制備的漿料通過絲網(wǎng)印刷到導(dǎo)電玻璃上，然后放到馬弗爐里燒結(jié)7小時，拿出，用吹風(fēng)機(jī)吹掉玻璃表面的灰塵，然后放到N719染料盒里泡12小時，取出用酒精沖洗干凈表面沒有粘附的染料，這樣光陽極就做好了，下一步就是做對電極：滴涂氯鉑酸到導(dǎo)電玻璃上經(jīng)馬弗爐燒結(jié)得鉑對電極，然后把光陽極與對電極錯開疊放，用兩只夾子夾住，這樣染料敏化太陽能電池就做成了。

3 測試光電轉(zhuǎn)換效率

把制得的電池放到測試光電轉(zhuǎn)化率儀器上進(jìn)行測試，這樣開路電壓、短路電流、填充因子等參數(shù)就顯示出來了一素列數(shù)據(jù)，如開路電壓，短路電流、填充因子，平均功率等。通過鋁摻雜的I-V曲線，UV-VIS曲線的研究發(fā)現(xiàn)摻雜對光電轉(zhuǎn)化率的影響成拋物線形，2%鋁摻雜光電轉(zhuǎn)化率最高，因此說適量的鋁摻雜確實(shí)提高了基于二氧化錫染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。最高的光電轉(zhuǎn)化率4號電池的I-V曲線如圖1。

參考文獻(xiàn)

[1]O，Rgan Brain Grazel Michacl[J].Nature，1991，353：737-739.

[2]Nazeeruddin M k，kayA，Grazed M，et al[J].JAmChem.Soc，1993，115（14）：6382-6390.

[3]林志東，劉黎明，郭云，等.材料科學(xué)與工藝[J].2003，11（1）：64-67.

[4]Haque A saf，Tachibana.Yasuhiro，Durrant R James， et ，al.[J].Jphys Chem B，2000，104（3）：538-547.

[5]葉宏偉，陳紅征，汪芒.太陽能學(xué)報[J].2002，23（5）：543-548.

[6]敬炳文，吳韜，張曼華，等.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報[J].2000，21（3）：395-400.

[7]Tributsch H，Calvin M.Photochem photobio，1971，14：95-98.

[8]McEvoy.AJ，Gratzel.M，Solar.Energy.Materials.and.solar Cells，1994，3

2：221-227.

[9]kavanL，O，Regan B，Kay A，etal.J Electronel Chem，1993，346：291-294.

[10]smeatal G，BignoziC，ArgaxxiR Solar，Energy Material and Solar Cell，1994，32：259-272.