型碳材料在染料敏化太阳电池中的应用

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1、新型碳材料在染料敏化太阳电池中的应用摘要：介绍了新型碳材料在染料敏化太阳电池（DSSCs）中应用的研究进展，在TiO2光电极中加入多层碳纳米管（MWCNTs）不仅能增加电子寿命，提高电池转换效率，还能减少电极裂纹，增加电极的机械强度；用碳纳米粉或碳纳米管替代Pt作为对电极能降低电池制作成本，提高电极的电化学活性，提高电池转换效率，与其他材料复合还能增加电池机械性能和环境的稳定性。综述了材料的制备工艺和MWCNTs加入比例对电池性能的影响及单层碳纳米管（SWCNT）和Ag复合作为对电极的性能。总之，新型碳材料由于其诸多的优点是应用在DSSCs中理想

2、的电极材料。关键词：染料敏化太阳电池；碳纳米管；TiO2；电荷转移电阻Abstract:Theapplicationofnewcarbonmaterialsindye-sensitizedsolarcellswasintroduced.TheelectronlifetimeandcellconversionefficiencycouldbeimprovedsignificantlybyaddingMWCNTsintheTiO2electrode.Thisprocesscouldalsoreducetheelectrodecrackandenhan

3、cethemechanicalstrengthofelectrode.TheuseofcarbonnanoparticlesandCNTsasthecounterelectrodestoreplacePtcouldreducethecostofcells,andenhancetheelectrochemicalactivityofelectrodeandthecellconversionefficiency.Thecompositefilmofnewcarbonmaterialsandtheothermaterialcouldimprovethe

4、mechanicalpropertyandtheenvironmentstability.Theinfluenceofpreparationtechnologyofmaterials,theMWCNTspercentageonthecellperformanceandtheperformanceofelectrodecomposedofsinglewallcarbonnanotube(SWCNT)andAgwerealsobediscussed.Inaword,thenewcarbonmaterialsareperfectelectrodemat

5、erialappliedinDSSCs.Keywords:DSSC;CNT;TiO2;chargetransferresistance引言：1991年，Gratzel等人[1]报道了基于染料敏化纳米晶多孔TiO2薄膜太阳电池的光电转化效率可达到7.1%，引起了世界各国科学家的极大兴趣与关注由于DSSC具有成本低廉，理论转化效率高，制备工艺简单，对环境友好等优点，成为了新一代太阳电池的研究热点与重点。目前，其光电转化效率已达到11.1%[2]。DSSC主要由染料敏化半导体薄膜、电解质和对电极组成。工作原理是：染料分子吸收太阳光后从基态跃迁到激发态，

6、激发态染料的电子迅速注入到半导体的导带中，然后扩散至导电基底，经外电路转移至对电极，处于氧化态的染料通过电解质中的氧化还原对还原至基态，氧化态的电解质从对电极中接受电子而被还原，从而完成了电子输运的一个循环过程。目前，半导体薄膜大多采用纳米晶TiO2，而对电极大多采用在导电玻璃上镀一层铂，但是铂过于昂贵，为了降低DSSC制作成本而又不影响电池性能，人们尝试将廉价的碳材料引入到电池中。这些碳材料分为：石墨碳黑碳球碳纳米颗粒和碳纳米管[3]。早期就有很多人将石墨或者碳黑直接加入到电极材料中进行研究，比如Murakami等人[4]将130mg碳黑与0.

7、2mLTiO2胶体、0.4mL水和0.2mL10%三硝基甲苯(X2100)的水溶液充分研磨得到碳浆。然后用刮涂法将碳浆涂在FTO玻璃上，在室温干燥10min，然后在450℃空气中加热30min，得到对电极，碳膜是由质量分数为93%的碳黑和质量分数为7%的TiO2混合而成。当碳膜厚度为14.47m时，电池的性能最优，Jsc=0.0168A/cm2，Voc=790mV，FF=68.5%，η=9.1%，创造了用碳材料作催化基底转化效率的最高值。PinjiangLi等人[5]将碳黑和Pt的混合物分散在2mL蒸馏水和2mL乙醇的混合溶液中。然后将30mg羟

8、乙基纤维素作为粘合剂加入到混合溶液中，将粘液用手术刀涂在FTO玻璃上制备出Pt/碳黑对电极。用TiO2作为光电极测试DSSC的电池转换效