Dye-sensitized solar cells based on nanocrystalline TiO2 films surface treated with Al3+ ions: Photovoltage and electron transport studies

Abstract

Nanocrystalline TiO2 films, surface modified with Al3+, were manufactured by depositing a TiO2 suspension containing small amounts of aluminum nitrate or aluminum chloride onto conducting glass substrates, followed by drying, compression, and finally heating to 530 °C. Electrodes prepared with TiO2 nanoparticles coated with less than 0.3 wt % aluminum oxide with respect to TiO2 improved the efficiency of the dye sensitized solar cell. This amount corresponds to less than a monolayer of aluminum oxide. Thus, the Al ions terminate the TiO2 surface rather than form a distinct aluminum oxide layer. The aluminum ion surface treatment affects the solar cell in different ways: the potential of the conduction band is shifted, the electron lifetime is increased, and the electron transport is slower when aluminum ions are present between interconnected TiO2 particles.

Recubrimientos de TiO2 con la superficie modificada con Al3+ fue fabricada usando una suspensión de TiO2 con pequeñas cantidades de nitrato de aluminio o cloruro de aluminio sobre sustratos de vidrio conductores, seguido por un proceso de secado, compresión y sinterizado a 530 °C. Los electrodos obtenidos con recubrimientos de nanoparticulas de TiO2 con menos de 0.3 wt % de oxido de aluminio con respecto al TiO2 incremente la eficiencia de la celda solar. Esta cantidad corresponde a una monocapa de oxido de aluminio. Entonces, los iones de aluminio terminan la superficie del TiO2 en vez de formar una capa de oxido de aluminio. El ión de aluminio en la superficie afecta la celda solar en diferentes formas: el potencial de la banda de conducción se desplaza, el tiempo de vida media del electrón se incrementa, y el transporte del electrón es lento cuando los iones de aluminio están presentes entre las partículas de TiO2 interconectadas.