染料敏化太陽能電池用聚吡咯對電極的電化學(xué)合成及性能研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized Solar Cells，DSSCs)因其高效率、低成本、環(huán)境友好、組裝簡單、可柔性化等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。通常，染料敏化電池由光陽極(需要染料敏化)、電解液、對電極三部分組成，對電極作為DSSCs的重要組成部分，近年來越來越受到人們的關(guān)注。鉑(Pt)電極因?yàn)楦叩膶?dǎo)電性和高的催化還原活性而最早應(yīng)用于染料敏化太陽能電池上，但是由于Pt價格昂貴，不利于大規(guī)模生產(chǎn)，所以尋找可替代的非鉑材料成為近年來

2、的研究熱點(diǎn)，目前比較常用的有碳材料，硫化物、導(dǎo)電聚合物以及一些復(fù)合物。本文采用電化學(xué)方法，在導(dǎo)電玻璃FTO上合成出了聚吡咯(PPy)電極作為DSSCs對電極，通過改變吡咯聚合時聚合電解質(zhì)溶液中的對陰離子、pH值、溶劑，結(jié)合掃描電鏡、紫外可見吸收光譜、循環(huán)伏安、阻抗、I-V曲線等表征方法來探討PPy對電極對DSSCs電池性能的影響。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下：
　　 (1)聚吡咯的物理和化學(xué)性質(zhì)受聚吡咯骨架上的摻雜離子影響很大，通過改

3、變吡咯聚合電解質(zhì)溶液中的對陰離子(A-)，制備了不同對陰離子摻雜的聚吡咯膜(PPy(A-))：PPy(Cl-)，PPy(SO42-)，PPy(TsO-)，PPy(LAS-)，將其作為DSSCs對電極。發(fā)現(xiàn)PPy(LAS-)和PPy(TsO-)具有較高的對陰離子摻雜率、對I-/I3-較好的氧化還原催化性能，組裝成DSSCs具有較低的界面?zhèn)鬏旊娮韬洼^高的光電轉(zhuǎn)換效率，尤其是PPy(LAS-)，能夠得到和Pt電極DSSCs相當(dāng)?shù)墓怆娹D(zhuǎn)換效率(

4、90.5％)。而PPy(Cl-)和PPy(SO42-)摻雜率低，對I-/I3-氧化還原催化性能較差，組裝成DSSCs后與電解液界面?zhèn)鬏旊娮栎^大，電池的光電轉(zhuǎn)換效率較低。
　　 (2)在聚吡咯的合成過程中，聚合電解質(zhì)溶液的pH值對聚吡咯膜的影響很大。通過在吡咯-對甲苯磺酸鈉溶液中加入對甲苯磺酸來調(diào)節(jié)吡咯聚合電解質(zhì)溶液中的pH值，用電聚合方法制備不同pH值下的聚吡咯膜，發(fā)現(xiàn)在pH2.0下合成的聚吡咯摻雜效果最佳，具有對I-/I3-的

5、氧化還原最強(qiáng)的催化能力和最小的界面?zhèn)鬏旊娮?，其電池光電轉(zhuǎn)化效率最高。pH值太大或太小都不利于生成具有高摻雜率和高催化活性的聚吡咯電極，組裝成DSSCs后界面?zhèn)鬏旊娮栎^大，效率較低。
　　 (3)吡咯聚合可以在有機(jī)或水溶液中聚合，但是溶劑的親核性對生成的聚吡咯膜有一定的影響。初步探索了溶劑對生成的聚吡咯膜的影響。通過調(diào)節(jié)溶劑中的水和乙醇的比例調(diào)控吡咯聚合電解質(zhì)溶液，發(fā)現(xiàn)乙醇的加入會使合成的聚吡咯的形貌發(fā)生比較大的變化，更趨向于生成