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染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell,DSSC)是一种新型太阳能电池,具有制作成本低,工艺简单,性能稳定等优点。其中,对电极材料是DSSC中重要的组成部分之一,起着收集电子和催化还原I3-的作用。常用的对电极材料有铂、碳材料和导电聚合物等。本文以炭黑为对电极材料,利用其具有的高导电率、大比表面积、强催化活性和对含碘液体电解质良好的耐腐蚀性能等优点,通过与其他材料杂化作用进行改性,相关主要内容如下:
1、以炭黑为原料,乙基纤维素为粘合剂,采用丝网印刷法制得纯炭黑电极,研究了不同乙基纤维素含量、煅烧温度、表面活性剂对制备电极及其组装器件的影响。结果显示:随着乙基纤维素含量的减少,电池光电转换效率有所提高,但碳膜易脱落,影响电池的稳定性；当炭黑与乙基纤维素的质量比为4:1时,电池性能较好且较稳定；碳膜在高温煅烧后呈多孔状,450℃煅烧后的碳膜具有较多的微孔且孔径较大,有利于电池内部电子的扩散,电子传输电阻减小,电池短路电流增大；表面活性剂的添加在一定程度上提高了电池的光电性能,与TOAB相比,乳化剂OP-10的效果更佳,光电转换效率从3.17％提高到3.75％。
2、通过在碳浆料中添加半导体纳米氧化物制备了P25／CB电极和ZnO／CB电极。结果发现:添加纳米P25和ZnO之后,P25／CB复合电极和ZnO／CB复合电极的表面比单一CB电极表面龟裂程度降低；循环伏安测试显示,与纯炭黑电极不同,P25／CB电极经180℃烧结可获得更正的还原电位；当P25和ZnO的掺杂量分别为30wt％和5wt％时,电池光电转换效率较高,与纯炭黑电极组装的DSSC相比,分别提高到5.03％和下降到2.49％；同时EIS图也表明P25的掺杂减小了对电极上电子传输电阻和串联电阻,而ZnO则使其相反。
3、分别采用丝网印刷法和热分解法制备掺杂Ag和Pt的炭黑复合薄膜电极,研究了Ag不同掺杂方法和Pt不同掺杂量对电池的光电性能影响。结果表明:Ag的掺杂并没有提高电池性能,尤其是在Ag膜上添加P25／CB薄膜制得的Ag-P25／CB电极所组装DSSC的性能下降更多；Pt的适量负载有利于电池光电性能的提高,当Pt的负载量为28.8μg·cm-2时,电池性能较好,Voc=0.74 V,JSC=15.05 mA.cm-2,FF=0.48,η=5.38％。