具有不同生物顯微結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極的探索研究.pdf

1、為了提高電流轉(zhuǎn)換的效率，Gr?tzel電池的電解質(zhì)中的三碘化物離子發(fā)生還原反應(yīng)的時(shí)候，必須要求電池的陰極存在著催化劑。這種催化劑比如具有如下的性質(zhì)：多孔性，吸附性，導(dǎo)電性，和化學(xué)穩(wěn)定性。最常采用的催化劑是鉑，盡管鉑的催化性能十分優(yōu)異，但是鉑的價(jià)格十分昂貴。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，許多人研究用碳層來(lái)代替鉑。雖然碳層的催化效率和鉑相比低了許多，但是碳的價(jià)格比鉑低了許多。因此目前的困難就在于尋找到一種主要由碳組成的并且有著不俗催化表現(xiàn)的鉑的替代物，

2、這樣和鉑相比這種催化材料才更具有競(jìng)爭(zhēng)力。
　　為此我們選擇了三種生物質(zhì)材料：甘蔗渣，巴黎翠鳳蝶的鱗片，人類的毛發(fā)。這三種材料不僅便宜，易于獲得，而且能滿足我們對(duì)催化材料的多孔性，吸附性，和化學(xué)穩(wěn)定性的要求，并且它們都是主要由碳組成，在煅燒后也具有一定的導(dǎo)電性。
　　Gr?tzel電池的每個(gè)部分從電極制備以及到最后的組裝都是本人在實(shí)驗(yàn)室操作完成的。我們的生物材料經(jīng)過(guò)了制備，碳化后采用SEM拍攝了它的電鏡圖片并且測(cè)定了它的孔隙率

3、。我們也深入研究了參照文獻(xiàn)中廣泛應(yīng)用活性炭電極。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們推斷我們研究的材料成為優(yōu)異的催化劑的前景十分光明。就孔隙率來(lái)說(shuō)巴黎翠鳳蝶的鱗片比表面積最大（705.8 m2/g），而甘蔗（187.3 m2/g）次之，而人類的毛發(fā)比表面積由于過(guò)于致密，導(dǎo)致數(shù)據(jù)較小無(wú)法檢測(cè)，與此相比，普通商用活性炭的比表面積為1516 m2/g。這些結(jié)果和我們用SEM觀察到的結(jié)果基本一致。
　　在制備染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的時(shí)候，我們將制備所得的生

4、物材料固定在導(dǎo)電的FTO玻璃上，在生物材料和玻璃之間涂有導(dǎo)電的環(huán)氧樹(shù)脂，這層環(huán)氧樹(shù)脂是通過(guò)刮刀法敷在FTO玻璃表面的，厚度僅僅有50um。在陽(yáng)極處，我們將染料材料裝載在鈦氧化物層內(nèi)部。在陰陽(yáng)級(jí)之間加了電解質(zhì)之后，我們測(cè)量了所得電池的效率并將其與鉑催化和活性炭催化的電池的效率進(jìn)行比較。進(jìn)行比較的鉑碳是在我們實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用過(guò)電沉積制得的。比較的結(jié)果表明，反電極涂覆有巴黎翠鳳蝶鱗片的染料敏化太陽(yáng)能電池具有最高的效率,大約在0.04％左右。其次是甘

5、蔗渣，大約是0.01%，人類毛發(fā)并無(wú)轉(zhuǎn)化效率。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生物材料的催化性能和孔隙特征密切相關(guān)。
　　然而，以上的方法建立的染料敏化太陽(yáng)能電池模型的轉(zhuǎn)化效率與目前的其他電極效率相比仍然較低，較低的效率歸咎于環(huán)氧樹(shù)脂中均勻性的欠缺和過(guò)厚的催化劑層。因此我們考慮新的光陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，這種新的方法是通過(guò)稀釋的導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂將生物材料應(yīng)用到基體上。這種稀釋的環(huán)氧樹(shù)脂可以使我們得到厚度僅為32um的樹(shù)脂層。新方法的引入使得我們電池的效率達(dá)到了