染料敏化太陽能電池電解質(zhì)添加劑與對電極材料研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(DSSCs)由光陽極、電解質(zhì)和對電極三部分組成。在傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)中，通常選擇加入不同種類的添加劑以提高電池的光電性能。但是，目前為止，添加劑對電池性能的影響都只是單一地顯著提高其開路電壓(Voc)或短路電流(Jsc)。Pt由于其良好的導(dǎo)電性和催化性能作為傳統(tǒng)的對電極材料。目前為止，各種非Pt對電極材料如碳材料、導(dǎo)電聚合物、金屬硫化物等已引起了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。同時，通過修飾材料的表面幾何和電子結(jié)構(gòu)同樣使其具有良好的

2、催化性能。為了進(jìn)一步提高電池性能，本文基于液態(tài)電解質(zhì)中添加劑和對電極材料，所研究內(nèi)容主要包括以下兩個方面:
　　1.配制不同比例的兩種添加劑4-叔丁基吡啶(TBP)和異硫氰酸胍(GuSCN)的液態(tài)電解質(zhì)，通過一些電化學(xué)及光電化學(xué)測試和理論計算研究其對于電池性能影響的機理。TBP和GuSCN作為共添加劑可以顯著提高電池的光電性能，因為它們可以影響電池的能帶及電荷傳輸。莫特-肖特基(MS)曲線可以定量地去分析二氧化鈦的帶邊移動，進(jìn)而闡

3、明Voc的變化。同時，可以利用循環(huán)伏安(CV)、電化學(xué)阻抗譜(EIS)、強度調(diào)制光電流譜/光電壓譜(IMPS/IMVS)和電荷抽取(CE)技術(shù)進(jìn)行動力學(xué)方面的研究。理論方面，利用DFT密度泛函理論去研究相互作用能、費米能級和前線軌道。結(jié)果顯示，TBP與GuSCN在比例為9∶1時其電池性能最好。機理方面，TBP和TiO2之間的前沿軌道有效地重疊導(dǎo)致了費米能級的負(fù)移和Voc的增加。由于庫倫引力，胍鹽離子(G+)可以緊密地吸附在TiO2表面形

4、成鈍化層，減小電子復(fù)合速率。由于體積和靜電作用，不同比例的TBP和GuSCN可以產(chǎn)生競爭效應(yīng)，因此，可能是這種協(xié)同作用導(dǎo)致了太陽能電池性能的明顯提高。
　　2.設(shè)計了一種新型的以FTO導(dǎo)電玻璃為原材料的對電極，將其置于管式爐中真空退火后用作染料敏化太陽能電池對電極材料，發(fā)現(xiàn)其效率最高可達(dá)Pt的90％。為了進(jìn)一步探究其作用機理，通過脈沖激光沉積(PLD)的方法制得SnO2薄膜，相同條件處理后，用作染料敏化太陽能電池對電極，得到與Pt