PVP對染料敏化太陽電池特性的影響

聚乙烯吡咯烷酮PVP為成膜劑，採用刮塗的方法製備染料敏化太陽電池光陽極中的TiO2薄膜。將一定量的PVP溶解到無水乙醇中與0.5gP25以及其他有機小分子物質混合，攪拌均勻後研磨製成TiO2膠體，將其均勻塗覆在導電玻璃上（膜厚度約為14μm），經過450℃燃結後浸附燃料，製成TiO2光陽極。研究發現：當其他條件不變的情況下，最後得出最優的PVP加入量為0.30g，電池的光電轉換效率可達6.37%。

染料敏化太陽能電池由半導體光陽極、陰極和兩級質檢的電解質組成。半導體光陽極是由粘附在導電玻璃上的許多孔納米晶TiO2薄膜和吸附在TiO2顆粒上的光敏染料構成。通常，使用刮塗法（即Doctor Blade）或絲網印刷技術等，將TiO2塗覆到導電玻璃上，然後高溫燒結製成。

一種方法是用聚乙二醇（PEC）、乙醇體系膠體，採用絲網印刷扥方法製備TiO2薄膜，實驗發現這種技術不但能防止TiO2薄膜龜裂還能保住高質量的多孔結構，當薄膜為17μm時光電轉換效率達到5.18%。

另一種方法是用乙醯丙酮、乙醇體系膠體和絲網印刷的方法製作銳鈦礦相TiO2薄膜（15μm厚），其光電轉換效率可達到4.1%。以上可見，TiO2漿料的組分對電池性能具有非常顯著的影響。

採用P25、PVP、無水乙醇為主要成分，配置TiO2膠體，通過刮塗方法製備約14μm厚的TiO2薄膜，製作和組裝電池。研究發現在其他條件不變的情況下，改變PVP的用量對TiO2薄膜的質量、電池性能影響很大。

通過研究實驗可見，適當的加入適量的PVP一方面可以有效地抑制TiO2顆粒的團聚現象，改善成膜性和均勻性，增加孔隙率，從而增加染料的吸附量；同時也不破壞TiO2顆粒之間以及TiO2顆粒與導電玻璃之間的有效連接，保障載流子的有效傳輸，這樣才能提高染料敏化太陽電池性能。

通過大量的實驗分析，對0.5gP25粉來說，PVP的加入量應以0.30g最為適宜。過多會阻斷TiO2顆粒之間的連接，從而阻礙電子有效傳輸，不利於電池性能提高；不足導致納米TiO2電極孔洞分布不均、團聚嚴重，也會降低電池性能。

因此，當PVP含量為0.30g時（針對於0.50gP25粉而言），TiO2電極厚度為14μm時，染料敏化太陽電池光電轉換效率最高，可達到6.37%。進一步優化TiO2電極結構，電池的光電轉換效率又有所提高。