基于Pt-Mo2C强相互作用的透明对电极的制备及其在染料敏化太阳能电池的应用

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染料敏化太阳能电池(DSCs)外观色彩丰富,且效率几乎不受入射光的影响,是新型太阳能电池领域的研究前沿。双面照射DSCs可以有效提高器件的光利用率,相比单面照射器件能效可提高30%~50%,在光伏建筑一体以及集成设备中展现出了广阔的应用前景。提高双面照射DSCs的“性价比”的关键是提高背面照射时的光电转化效率。但是,目前对电极的光学透过性不足问题严重影响DSCs背面照射效率。已报导的Pt对电极透明化方法易导致催化位点数量降低,致使催化活性受限。针对这一瓶颈问题,我们提出了基于Pt-基底强相互作用有效改善Pt粒子的分散性以及减小Pt粒子尺寸,实现对电极透光性和催化活性共同提升的研究策略。具体研究内容如下:(1)基于Pt-Mo2C强相互作用构筑高透过性、高催化活性对电极。利用磁控溅射方法在导电玻璃衬底上制备Mo2C薄膜,进一步浸渍吸附氯铂酸,惰性气氛下高温退火制备出Pt-Mo2C透明电极。透过光谱测试表明,Pt-Mo2C电极材料在可见光区域表现出高透过性,其透过率相比导电玻璃在550 nm处仅衰减了3%。与传统高温热解法制备Pt电极相比,Pt-Mo2C中Pt粒子分布均匀,且尺寸约为2 nm。电化学测试表明Pt-Mo2C拥有与HT-Pt(热解Pt)相似的催化活性。XPS证明了Pt与Mo2C之间存在强电子转移相互作用,这是Mo2C基底能够有效分散Pt粒子的根本。以Pt-Mo2C为对电极组装染料敏化太阳能电池,正面照射光电转化效率为7.5%,背面照射效率可保持在正面照射的75%,然而HT-Pt背面照射光电转化效率仅保持在正面照射的57%。(2)表面改性增强Pt-P(Mo2C)基底强相互作用制备低Pt负载、高催化活性、高光学透过性对电极。对Mo2C薄膜进行氧等离子体处理,之后旋涂氯铂酸溶液,惰性气氛下高温退火制备出Pt-P(Mo2C)-15s透明电极。透过光谱测试表明该电极在可见光区域表现出高透过性,相比导电玻璃在550 nm处仅衰减了2.81%。电化学测试结果表明,O2等离子处理温度为100℃,功率为150 W,时间为15 s条件制备的样品具有最强的电催化活性,与未处理样品相比电荷转移电阻减小2倍。通过XPS元素含量分析可知,Pt-P(Mo2C)-15s中Pt/Mo之比相较(1)中Pt-Mo2C减少了0.5%,成功降低Pt含量;除此之外我们发现经O2等离子处理后Pt的峰位与未处理相比向高结合能偏移了0.16 eV,这证明Pt与基底之间存在更强的电子转移相互作用。将其作为双面照射染料敏化太阳能电池透明对电极材料,背面照射光电效率可保持在正面照射的77%。
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