染料敏化太阳能电池光电极的可控构筑及光电特性

【摘要】：染料敏化的纳米晶TiO2光电化学池(DSSCs)因价格便宜、工艺简单、可制成大面积和多形状等优点而成为研究的热点之一。纳米TiO2光阳极和对电极是DSSCs的重要组成部分,其中光阳极决定了染料的吸附量和光生电子的传输速率,而对电极材料的催化特性决定了氧化态染料分子的还原速率。通常使用的纳米多孔TiO2光阳极具有大的比表面积从而能吸附较多的染料,但是光生电子的复合速率较快,这限制了DSSCs效率的进一步提高;一维纳米材料由于其快的电子传输速率和优异的光散射能力而成为DSSCs光阳极材料研究的热点,但是一维材料的比表面积较小,染料吸附量较低,不利于光电转化效率的提高。因此,构筑一维材料与纳米粒子的复合体,使之具有足够染料吸附量的同时,降低光生电子的复合速率是提高DSSCs光电转化效率的有效途径之一。通常使用的对电极材料是Pt纳米粒子,但是Pt是稀有贵金属,难以满足DSSCs大规模生产。石墨化纳米碳基材料因其催化性能优异、价格低廉等优点,是Pt对电极的有效替代。在高性能光阳极材料的可控构筑方面,采用层层组装的方法构筑一维多孔TiO2纳米结构/纳米粒子复合结构光阳极,通过组装次数控制纳米柱/纳米粒子的质量比,制备得到高性能的DSSCs[1-2]。同时,采用简单溶剂热法合成了大比表面积、高结晶度、尺寸均一且对太阳光具有很好散射能力的介孔锐钛矿TiO2微球。然后将这种TiO2微球作为DSSCs光阳极的散射层,获得更高的光电转换效率[3]。在高性能的对电极材料的可控构筑方面,可控构筑不同质量比的高晶化度石墨烯/导电碳黑复合对电极,由于石墨烯具有较好的电子传输效率、导电碳黑具有更多的催化活性点位,当二者的质量比为1:3时,得到近似于Pt基光电池的光电转换效率[4]。采用固态热解的方法合成了石墨化纳米碳/Fe3C复合材料,通过控制HCl的处理时间可控构筑不同质量比的石墨化纳米碳/Fe3C对电极,当Fe3C的质量含量为13.5 wt%时,得到近似于Pt基光电池的光电转换效率[5]。这是由于这种复合材料结合了Fe3C较好的催化活性和石墨化纳米碳较快的电子传输的优势。采用电泳法和离子交换法联用的策略成功构筑了高度分散的石墨化碳/CoS复合对电极,提高了碳基DSSCs的光电转换效率[6]。采用循环伏安、电化学阻抗谱和Tafel极化曲线定量的研究了对电极材料的稳定性、催化反应活性和界面电子传输特性。 【作者单位】：黑龙江大学功能无机材料化学教育部重点实验室
【关键词】：染料敏化 可控构筑 界面电荷传输
【分类号】：TM914.4
【正文快照】： 染料敏化太阳能电池光电极的可控构筑及光电特性@潘凯$黑龙江大学功能无机材料化学教育部重点实验室!黑龙江哈尔滨150080 @苗小欢$黑龙江大学功能无机材料化学教育部重点实验室!黑龙江哈尔滨150080 @廖永平$黑龙江大学功能无机材料化学教育部重点实验室!黑龙江哈尔滨150

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