染料敏化太陽能電池光電極的可控構(gòu)筑及光電特性

【摘要】：染料敏化的納米晶TiO2光電化學(xué)池(DSSCs)因價格便宜、工藝簡單、可制成大面積和多形狀等優(yōu)點而成為研究的熱點之一。納米TiO2光陽極和對電極是DSSCs的重要組成部分,其中光陽極決定了染料的吸附量和光生電子的傳輸速率,而對電極材料的催化特性決定了氧化態(tài)染料分子的還原速率。通常使用的納米多孔TiO2光陽極具有大的比表面積從而能吸附較多的染料,但是光生電子的復(fù)合速率較快,這限制了DSSCs效率的進(jìn)一步提高;一維納米材料由于其快的電子傳輸速率和優(yōu)異的光散射能力而成為DSSCs光陽極材料研究的熱點,但是一維材料的比表面積較小,染料吸附量較低,不利于光電轉(zhuǎn)化效率的提高。因此,構(gòu)筑一維材料與納米粒子的復(fù)合體,使之具有足夠染料吸附量的同時,降低光生電子的復(fù)合速率是提高DSSCs光電轉(zhuǎn)化效率的有效途徑之一。通常使用的對電極材料是Pt納米粒子,但是Pt是稀有貴金屬,難以滿足DSSCs大規(guī)模生產(chǎn)。石墨化納米碳基材料因其催化性能優(yōu)異、價格低廉等優(yōu)點,是Pt對電極的有效替代。在高性能光陽極材料的可控構(gòu)筑方面,采用層層組裝的方法構(gòu)筑一維多孔TiO2納米結(jié)構(gòu)/納米粒子復(fù)合結(jié)構(gòu)光陽極,通過組裝次數(shù)控制納米柱/納米粒子的質(zhì)量比,制備得到高性能的DSSCs[1-2]。同時,采用簡單溶劑熱法合成了大比表面積、高結(jié)晶度、尺寸均一且對太陽光具有很好散射能力的介孔銳鈦礦TiO2微球。然后將這種TiO2微球作為DSSCs光陽極的散射層,獲得更高的光電轉(zhuǎn)換效率[3]。在高性能的對電極材料的可控構(gòu)筑方面,可控構(gòu)筑不同質(zhì)量比的高晶化度石墨烯/導(dǎo)電碳黑復(fù)合對電極,由于石墨烯具有較好的電子傳輸效率、導(dǎo)電碳黑具有更多的催化活性點位,當(dāng)二者的質(zhì)量比為1:3時,得到近似于Pt基光電池的光電轉(zhuǎn)換效率[4]。采用固態(tài)熱解的方法合成了石墨化納米碳/Fe3C復(fù)合材料,通過控制HCl的處理時間可控構(gòu)筑不同質(zhì)量比的石墨化納米碳/Fe3C對電極,當(dāng)Fe3C的質(zhì)量含量為13.5 wt%時,得到近似于Pt基光電池的光電轉(zhuǎn)換效率[5]。這是由于這種復(fù)合材料結(jié)合了Fe3C較好的催化活性和石墨化納米碳較快的電子傳輸?shù)膬?yōu)勢。采用電泳法和離子交換法聯(lián)用的策略成功構(gòu)筑了高度分散的石墨化碳/CoS復(fù)合對電極,提高了碳基DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率[6]。采用循環(huán)伏安、電化學(xué)阻抗譜和Tafel極化曲線定量的研究了對電極材料的穩(wěn)定性、催化反應(yīng)活性和界面電子傳輸特性。 【作者單位】：黑龍江大學(xué)功能無機(jī)材料化學(xué)教育部重點實驗室
【關(guān)鍵詞】：染料敏化 可控構(gòu)筑 界面電荷傳輸
【分類號】：TM914.4
【正文快照】： 染料敏化太陽能電池光電極的可控構(gòu)筑及光電特性@潘凱$黑龍江大學(xué)功能無機(jī)材料化學(xué)教育部重點實驗室!黑龍江哈爾濱150080 @苗小歡$黑龍江大學(xué)功能無機(jī)材料化學(xué)教育部重點實驗室!黑龍江哈爾濱150080 @廖永平$黑龍江大學(xué)功能無機(jī)材料化學(xué)教育部重點實驗室!黑龍江哈爾濱150

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