具有蝶翅結構染料敏化太陽能電池對電極的探索研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池（DSSC）在制備成本上優(yōu)于硅光電池，可代替硅光電池，但是DSSC的能量轉換效率比常用的光電轉換設備要低，最高也只能達到11％，而硅光電池卻可高達25%。但是由于DSSC采用廉價易得的材料可以降低成本，所以人們對該種電池引起了興趣。
　　DSSC利用了自然界光合作用的規(guī)律。敏化的染料包覆在多孔半導體鈦層表面，染料捕獲光能而激發(fā)為S*態(tài)，附著在n-型半導體TiO2上的處于激發(fā)態(tài)的染料將一個電子轉移到TiO2的導帶中

2、而轉化為S+態(tài)。為返回到原始S態(tài)，S+態(tài)染料從電解質中獲得I-離子而又生成為染料分子。然后電子外電路而到達陰極。其間，I-3與電子發(fā)生還原反應產(chǎn)生I-離子進入電解質中。載流子在電介質中定向移動至陽極。為了提高電池的效率，所有的反應都必須非常迅速，我們關注對電極上的反應，并采用催化劑層肋提高反應速率。
　　雖很多科學家已經(jīng)通過研究發(fā)現(xiàn)鉑具有非常好的催化性能，但它既稀有又昂貴，現(xiàn)今，碳材料已成為公知的替代材料。人們已經(jīng)研究了諸如活性碳

3、[]、碳納米管[]、介孔碳[]等各種形式的碳，但是探索具有潛在價值的具有自然結構的碳的研究卻寥寥無幾。效仿使用橡樹和竹子等木質介孔結構材料作為碳陰極的生物模板的研究方法，我們采用具有特殊結構的蝶翅作為模板進行研究。
　　蝶翅由具有大量鱗片的中間膜構成，這些鱗片具有相對于種類的各種特定的有序微觀結構。我們研究了具有凹坑狀、蜂窩狀和矩形狀微觀結構的三種蝴蝶- Papillo Mackii(PM)，Papillo Paris(PP)和

4、Hebomoia Gaucipe(HG)。通過在真空環(huán)境下進行常規(guī)加熱至800℃以得到保留有原始蝶翅微觀結構碳化的蝶翅和鱗片。通過使用導電碳膠、自制的碳糊或環(huán)氧樹脂等粘性層將蝶翅的生物模板碳片粘貼到 ITO玻璃上，然后直接使用該制備好的電極作為DSSC的對電極。
　　采用 BET表面積進一步了解碳鱗片的微觀表面和微孔的分布。由于使用整塊碳化蝶翅進行測定得到的數(shù)據(jù)很小，我們改用直接測量鱗片的表面積而避免了中間薄膜的干擾。PM鱗片的B

5、ET表面積在260 m2/g左右。
　　在由兩正對的陰極組成的對稱電池上進行電阻抗譜測量。通過對比不同粘性層得到的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)粘貼碳化蝶翅的最佳粘性層是環(huán)氧樹脂。我們還通過對比不同蝶翅來研究微觀結構對電化學性能的影響。
　　在采用附著有染料的 TiO2層的陽極和我們自制的碳陰極的 DSSC電池上進行伏安特性測試，發(fā)現(xiàn)功率因子和能量轉換效率都很低，這是因為附著在 TiO2層上的染料太少而導致入射光子電流效率低。
　　伏安曲