具有蝶翅結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換效率比常用的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備要低，最高也只能達(dá)到11％，而硅光電池卻可高達(dá)25%。但是由于DSSC采用廉價(jià)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(dǎo)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(dǎo)體TiO2上的處于激發(fā)態(tài)的染料將一個(gè)電子轉(zhuǎn)移到TiO2的導(dǎo)帶中

2、而轉(zhuǎn)化為S+態(tài)。為返回到原始S態(tài)，S+態(tài)染料從電解質(zhì)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(dá)陰極。其間，I-3與電子發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生I-離子進(jìn)入電解質(zhì)中。載流子在電介質(zhì)中定向移動(dòng)至陽極。為了提高電池的效率，所有的反應(yīng)都必須非常迅速，我們關(guān)注對電極上的反應(yīng)，并采用催化劑層肋提高反應(yīng)速率。
　　雖很多科學(xué)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(jià)值的具有自然結(jié)構(gòu)的碳的研究卻寥寥無幾。效仿使用橡樹和竹子等木質(zhì)介孔結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的蝶翅作為模板進(jìn)行研究。
　　蝶翅由具有大量鱗片的中間膜構(gòu)成，這些鱗片具有相對于種類的各種特定的有序微觀結(jié)構(gòu)。我們研究了具有凹坑狀、蜂窩狀和矩形狀微觀結(jié)構(gòu)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(jìn)行常規(guī)加熱至800℃以得到保留有原始蝶翅微觀結(jié)構(gòu)碳化的蝶翅和鱗片。通過使用導(dǎo)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jié)構(gòu)對電化學(xué)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(jìn)行伏安特性測試，發(fā)現(xiàn)功率因子和能量轉(zhuǎn)換效率都很低，這是因?yàn)楦街?TiO2層上的染料太少而導(dǎo)致入射光子電流效率低。
　　伏安曲