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、導電聚合物、金屬硫化物等已引起了廣泛的關注和應用。同時，通過修飾材料的表面幾何和電子結構同樣使其具有良好的

2、催化性能。為了進一步提高電池性能，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)，通過一些電化學及光電化學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，進而闡

3、明Voc的變化。同時，可以利用循環(huán)伏安(CV)、電化學阻抗譜(EIS)、強度調(diào)制光電流譜/光電壓譜(IMPS/IMVS)和電荷抽取(CE)技術進行動力學方面的研究。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致了費米能級的負移和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，因此，可能是這種協(xié)同作用導致了太陽能電池性能的明顯提高。
　　2.設計了一種新型的以FTO導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Pt的90％。為了進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