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马洪芳等:染料敏化乙炔黑-TiO2复合多孔薄膜电极电性能研究
03077
文章编号:1001-9731(2015)03-03077-05
染料敏化乙炔黑-TiO2复合多孔薄膜电极电性能研究
马洪芳,王小慈,江荣岩,张长存
(山东建筑大学材料科学与工程学院,济南250101)
摘要:以P25为原料制备乙炔黑掺杂TiO2纳米(SnO2:F)导电玻璃上附染料的TiO2多孔薄膜(工
粉体浆籵,旋涂法制得乙炔,黑-TiO)2复合多孔薄膜,用作电极)、对电极和/12-电解质组成。TiO2多孔薄
染料N719和天然桑甚色素(MBY)敏化薄膜,组装成膜的主要作用是吸附染料,并将光电子运输到外电路。
染料敏化太阳能电池( dye-scnsitizcd solar cells,因此,优化Ti()2多孔薄膜是提高染料敏化太阳能电
DSSCS)。借助电化学分析仪对电池进行测试表征。池光电转换效率的研究重点之一。研究显示,掺入具
结果表明,乙炔黑的掺入降低了多孔薄膜电极的电荷有良好导电性能的材料可以提高染料敏化太阳能电池
传递电阻,从而加快了光电子的传递速率;两种敘化条
的光电转换效率。Kang等将比面积大、孔隙率高的
件下,当乙炔黑掺杂量分别为0.15%和0.20%(质量分碳粉掺入TO制得CTO2复合电极,电池光电转换
数)时,电池具有最大的光电转换效率,分别为0.30%效率达5.6%。碳粉的掺人不仅降低了载流子的复合,
和0.40%。电极中乙炔黑的含量过多时,过量的乙炔
而且提高了薄膜的机械强度。Ycn等9制备了碳纳米
黑对光的竞争吸放作用降低了电池的光电子产率,引管-TO.复合电极,有效地改善了电池的物理化学性
起了光电转换效率的下降
质,提高了电池的光电转换效率。Tsai等制备的石
关鍵词:太阳能电池;染料敏化;乙炔黑;复合;多孔墨烯含量为1.0%(质量分数)的石墨烯-TiO2复合电
薄膜
极,光电转换效率提高了15%。石墨烯掺杂增加了复
中图分类号:TM914.
文献标识码:A
合电极对染料的吸附量,降低了载流子复合。
DOI:10.3969/j.issn.,101-9731.2015.03.016
由于碳纳米管和石墨烯分散性较差,容易发生团
引言
聚,至今也未在染料敏化太阳能电池中得到商业化应
能源已成为制约全球经济发展的决定因素,寻找用。乙炔黑( acetylene black)是一种常见的颗粒状碳
清洁新能源代替传统化石燃料已成为各国研究的重材料,具有较好的导电性,且价格低廉、容易分散,已被
点。太阳能取之不尽、用之不竭、对环境友好、地域限广泛用作锂离子电池、电化学电容器等的导电剂。
制小,是一种重要的新能源。太阳能电池是一种通过Cho等リ将乙炔黑掺入TiO2薄膜,电池的光电转换
光电效应或光化学效应,将太阳能转换为电能的装置?效率由7.98%提升至9.75%。
是实现太阳光电转换的有效方式之一。硅太阳能电池
本文以P25粉体为钛源,制备乙炔黑TiO2纳米
因具有高光电转换效率而得到深入研究,然而硅材料浆料,采用旋涂法制备复合多孔薄膜,研究了乙炔黑对
的高成本和复杂的制备工艺,限制了其作为民用化新电池电性能的影响。
能源的发展2。
实验
20世纪90年代初, Brian O' Regan教授等报道
一种新型的光电化学电池染料放化纳米晶TiO)2太
1实验试剂和材料
阳能电池(dye- sensitized nanocrystalline Ti(O2 solar
钛酸四丁阳(化学纯)、无水乙醇(分析纯)、二乙醇
cel),其光电转换效率达7.1%~7.9%。染料放化太胺(分析纯)、乙酰内(分析纯)、OP乳化剂(分析纯)、
阳能电池原材料丰富易得、成本低廉(为硅太阳能电池
聚乙二醇(PEG20000(分析纯)、氢氧化钠(分析纯)、
成本的10%~20%),制备工艺简单,光电转換效率高乙快黑(分析纯)、商用二氧化钛(P25)、电解质(I
(理论光电转换效率达36%,实验室光电转换效率
I2~的乙腈溶液)、染料N719(2(四丁基铵)顺-双(异
达13%)1,有望取代硅太阳能电池,成为未来太阳能碗氰基)双(2,2'联吡啶-4,4'二羧酸)钉(Ⅱ)、氧
电池领域的主导。
化锡掺氟导电玻璃(SnO2:F)等。自制天然桑甚色素
典型染料敏化太阳能电池由制备在FTO( natural mulberry pigment,MBY)染料。
基金项目:山东省科技发展计划资助项目(2010G0020318);山东省自然科学基金资助项目(ZR2010EM062);山东省教育厂科
技计划资助项日(J12LA12);济南市高校院所自主创新计划资助项目(201401233)
收到初稿日期:2014-06-27
收到修改稿日期:2014-10-08
通讯作者:洪芳C-mail:merrf(163.com
作者简介:马洪芳(1968-),女,山东滨州人,教授,主要从事纳米技术与太阳能薄膜研究。