染料敏化太阳能电池对电极导电聚合物催化材料的合成与性能研究

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染料敏化太阳能电池(DSSC)作为上世纪90年代发展起来的新型太阳能电池已被广泛研究。其中对电极(CE)作为电池的主要组成部分也得到深入的重视。铂(Pt)是对电极最优的催化材料,但是Pt为贵金属,成本高,不利于扩大商业化应用。为了改善这些不足,并扩展柔性电极在DSSC中的应用,本论文致力于导电高聚物柔性对电极催化材料的研究。导电高聚物非Pt对电极材料,具有成本低,易于折叠和环境友好等优点,为柔性太阳能电池的制备和应用提供了可能性。具体实验方案如下:(1)利用计时电流法反复多次试验,优化导电高聚物的合成条件。在优化条件下分别合成PEDOT、PANI、PTh、PPy四种导电聚合物材料,应用于DSSC中为对电极材料。获得的电池效率分别为PEDOT(5.52%)、PANI(4.8%)、PTh(4.61%)、PPy(3.12%)。(2)聚合物对电极的DSSC电池光电转换效率与Pt对电极相比还有一定差距,为了进一步提高这四种电极材料在DSSC中的光电转换效率,利用电化学方法对合成的电极材料进行载铂处理。制备了PEDOT-Pt、PANI-Pt、PTh-Pt、PPy-Pt复合材料,进行循环伏安、塔菲尔、阻抗等一系列的电性能测试,得到的效率分别为PEDOT-Pt(6.26%)、PANI-Pt(5.79%)、PTh-Pt(4.92%)、PPy-Pt(4.22%)。为了比较催化性能,本文还对合成的聚合物电极材料进行了化学方法载铂,效率分别为PEDOT-Pt(6.02%)、PANI-Pt(5.20%)、PTh-Pt(4.80%)、PPy-Pt(3.60%),相对非载Pt聚合物电极材料有不同程度的提高。(3)通过实验结果对比,PEDOT不论从形貌,电催化性能还是光电转化效率都优于其它聚合物材料的催化性能。因此进一步对PEDOT材料深入研究,通过过渡金属离子的掺杂,得到PEDOT-M2+(Mn2+、Ni2+、Co2+、Cu2+)复合电极,效率分别为5.19%、4.81%、4.36%、3.78%、3.26%。
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