染料敏化太陽能電池高性能光陽極和低鉑對電極研究.pdf

1、傳統(tǒng)染料敏化太陽能電池（DSSC）的光陽極及對電極材料以TiO2納米顆粒和Pt居多。TiO2納米顆粒光陽極晶界多，電子需要經(jīng)過數(shù)量極多的納米晶才能傳輸?shù)酵怆娐?，所以使得電子在陽極膜中的擴(kuò)散速率較慢，而且眾多的缺陷和表面態(tài)，使得光生電子易與電解質(zhì)中的I3ˉ復(fù)合，降低了電子收集效率，影響電流密度的增加，從而限制了DSSC光電轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高；Pt雖然具有對碘電解液體系電池優(yōu)異的催化活性、高電導(dǎo)率和高穩(wěn)定性等優(yōu)點，但是價格昂貴：二者均不利

2、于DSSC的長遠(yuǎn)發(fā)展。有序的TiO2納米線陣列能夠為電子提供直接快速的傳輸通道，增加電子傳輸速率和電子收集效率，并且TiO2納米線陣列具有優(yōu)異的光散射能力，能提高電池對光的利用率，從而提高電流密度；由TiO2量子點制成的致密阻擋層能有效抑制暗反應(yīng)，減少電子在傳輸過程中的損耗，增加電子的傳輸速率和電子壽命，增大開路電壓和短路電流，從而提高電池光電轉(zhuǎn)換效率；而由Pt-Ni和Pt-Co納米合金制備的Pt-NiO和Pt-Co3O4對電極，具有優(yōu)

3、異的催化性能，價格低廉且制備方法簡單。
　　針對上述問題，本文的研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　1）以Ti片為基板，通過水熱反應(yīng)在Ti片表面制備了垂直于Ti基板的，具有疏松結(jié)構(gòu)的超長的3DTiO2納米線網(wǎng)絡(luò)（TNWs），經(jīng)過質(zhì)子交換、燒結(jié)、剝離等處理過程，將其轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電玻璃上制備電池光陽極。通過水熱反應(yīng)時間來控制TNWs的形貌及膜厚度。TNWs光陽極具有有序，電子復(fù)合少，電子傳輸速度快，電子壽命長等優(yōu)勢，將3DTNWs光陽極組裝到

4、DSSC中，在水熱反應(yīng)時間為24h時，獲得了光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)8.05％的DSSC；
　　2）通過水熱反應(yīng)在十八胺長鏈保護(hù)下合成了平均粒徑為3.6nm的TiO2量子點，旋涂在導(dǎo)電玻璃上形成致密的阻擋層，通過旋涂次數(shù)來控制阻擋層的厚度，研究了阻擋層厚度對抑制暗反應(yīng)的影響。此結(jié)構(gòu)的阻擋層能大幅降低電池暗反應(yīng)，減少電子復(fù)合，增加電子傳輸速率和電子壽命，提高開路電壓和短路電流，從而有效的提高電池光電轉(zhuǎn)換效率，電池效率從7.10%到9.43%

5、，提高了32.82%；
　　3）通過熱分解法在十八胺長鏈保護(hù)下，合成了一系列Pt-Ni、Pt-Co納米合金，旋涂于導(dǎo)電玻璃表面，熱處理后制備成了Pt-NiO和Pt-Co3O4對電極。所合成的Pt-Ni和Pt-Co納米合金中，Pt的原子百分比僅為35%，比純Pt對電極少了65%Pt用量，電化學(xué)性能測試表明此類對電極具有與純Pt對電極相似的優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。Pt-NiO對電極的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到9.48%，與純Pt對電極的9.42