双面吸光非铂对电极染料敏化太阳能电池的光电性能

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对电极是染料敏化太阳能电池(DSCs)的重要组成部分,改进对电极是提高DSCs光电效率和降低成本的重要手段之一。对于DSCs而言,如果将对电极制成透明或半透明,那么可以获得从光阳极和对电极均可吸光并发电的器件,即双面吸光DSCs,提升了器件的综合光电效率。本文主要探究了两种透明非铂对电极(即透明碳对电极及聚苯胺(PANI)对电极)组装的DSCs的双面吸光性能,同时还调查了在碳催化层和PANI催化层与导电玻璃之间插入高电子迁移率的ZnO层对DSCs器件性能的影响。结果表明:透明碳对电极:以聚乙二醇800(PEG800)为碳源,经配液、旋涂、热解等工序在透明导电玻璃上原位形成一体式透明催化层,获得透明碳对电极。不同工艺下获得的碳对电极均具有较优异的透光性,在可见光范围内的透过率基本达到了70%以上。在考察的两种溶剂中,乙酰丙酮和异丙醇混合液比乙酰丙酮和丙酮混合液更适合作为PEG800的溶剂,相同旋涂速率下能获得透过率更高、催化活性更佳的碳对电极,相应的器件具有更佳的正反面效率。碳对电极的催化活性以及相应器件的正反面效率均与旋涂速率之间呈反比关系。表面粗糙度不同是引起碳对电极性能各异的主要原因。此外,碳对电极DSCs的反面效率/正面效率的比值高于80%,大于Pt对电极器件的44%。透明PANI对电极:将PANI经配液、旋涂、热解等工序在透明导电玻璃上形成一体式半透明催化层,获得了透明PANI对电极。在可见光范围内,PANI对电极均具有较好的透光性能,由间甲酚作为溶剂制备得到的PANI对电极的透过率基本维持在80%以上,同时旋涂速率对透过率影响较小;氯仿获得的PANI对电极总体上的透过率要略低。相较于Pt对电极器件44%的反面效率,PANI对电极组装的DSCs反面效率在77%~98%之间。间甲酚更适合作为PANI的溶剂,相同旋涂速率下能获得透过率更高、催化活性更佳的PANI对电极,相应的器件总体具有更佳的正面效率和反面效率。ZnO插入层:在可见光范围内,相比未插入ZnO层的碳对电极的透过率(60%~75%),插入ZnO层后得到的碳/ZnO对电极的透过率有所下降,透过率从30%左右缓慢上升到50%左右。ZnO的旋涂速率较高时,碳/ZnO对电极有较高的透过率。ZnO层的插入改变了碳对电极的透光性能随波长变化规律。插入ZnO层的PANI/ZnO对电极的透过率呈现较平缓的变化趋势,在70%~80%之间变化。ZnO层的插入未改变了PANI对电极的透光性能随波长变化规律。在ZnO层的旋涂速率较低时(1500rpm以下),碳/ZnO及PANI/ZnO对电极所组装的DSC器件的正反面效率高于未插入ZnO层的碳对电极和PANI对电极所组装的DSCs器件的正反面效率。碳/ZnO和PANI/Zn O对电极所组装的DSCs的效率随ZnO层的旋涂速率增加呈现先升后降的趋势。
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