摘要：如今传统能源面临着环境污染和逐渐枯竭等问题，因此清洁的太阳能能源备受人们欢迎。在现在已有的新型太阳能电池中，染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cell，简称DSCs）具有低成本，工艺制作简单等优势，因而在近年来受到广泛关注而迅速发展。光阳极，对电极和电解质构成DSCs的基本结构。其中半导体光阳极是DSCs主要组成部分，光阳极又由导电玻璃，二氧化硅薄膜和染料构成，其中TiO2多孔薄膜的微纳结构对DSCs的性能有直接的影响，起到关键作用。第一章主要介绍了染料敏化太阳能电池的发展历程，主要结构和工作原理，第二章包括光阳极薄膜的制备方法和改性方法。最后研究通过改变不同配比的添加剂，由溶胶-凝胶法制备不同孔径和孔隙率的多孔TiO2薄膜，探究薄膜颗粒大小，孔隙率等微纳结构对DSCs的性能的影响。结果表明，多孔TiO2薄膜的孔径尺寸和孔隙率对电池的开路电压，短路电流及填充因子等参数都有影响。由于微纳结构之间的相互制约，电池存在最适合的孔径尺寸和孔隙率，使得电池效率最高。这为之后染料敏化太阳能电池的发展提供了很好的帮助。

关键词：染料敏化太阳能电池；光阳极；微纳结构；光电转换速率

目  录

摘  要

ABSTRACT

第一章  绪论-5

1.1 太阳能电池的发展-5

1.2 染料敏化太阳能电池-5

   1.2.1 基本结构-6

1.2.2 工作原理-7

1.3 研究内容-8

1.4 本章小结-8

第二章  光阳极的制备与改性研究-9

2.1 光阳极材料-9

2.2 纳米多孔TiO2薄膜的制备-9

2.2.1 溶胶-凝胶法-9

2.2.2 水热法-10

2.2.3 粉末涂覆法-10

2.2.4 电化学沉积法-10

2.2.5 其他方法-10

2.3 光阳极薄膜的改性研究-10

2.3.1 离子掺杂-11

2.3.2 表面改性处理-11

2.3.3 氧化物包覆-11

2.3.4 新型微观结构-11

2.4 DSCs的性能参数-12

2.4.1 开路电压-12

2.4.2 短路电流密度-12

2.4.3 填充因子-12

2.4.4 光电转换效率-13

2.5 理论模型-13

2.5.1 电子输运模型-13

2.5.2 输运参数的影响-13

2.5.3 孔隙率模型-14

2.5.4 孔隙率对DSCs性能影响-15

2.6 本章小结-16

第三章 溶胶-凝胶法制备的TiO2薄膜的微纳结构研究-17

3.1 实验制备-17

3.1.1 溶胶凝胶法-17

3.1.2 丝网印刷-17

3.1.3 纳米TiO2多孔薄膜-17

3.1.4添加剂-18

3.1.5 电池制备-18

3.2 材料表征测试-18

3.2.1 X射线衍射仪-18

3.2.2 扫描电子显微镜-19

3.2.3 表面轮廓仪-19

3.2.4 BET测试-19

3.3 实验结果与分析-19

3.3.1 实验样品-19

3.3.2 薄膜X射线衍射仪测试-21

3.3.3 薄膜的BET测试-21

3.3.4 电池I-V特性测试-22

3.4 结论总结-23

3.5 本章小结-23

第四章 总结与展望-24

4.1 全文总结-24

4.2 未来展望-24

参考文献-26

致  谢-28