染料敏化太阳能电池tio2电极的制备及电解质的影响

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第26卷第1期影像科学与光化学、，01．26No．120o8年1月matingScienceandPhotochemistryJan．．20o8染料敏化太阳能电池TiO2电极的制备及电解质的影响李胜军，林原，杨世伟，陈今茂，肖绪瑞(1．哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院，黑龙江哈尔滨150001；2．中国科学院化学研究所分子科学中心光化学重点实验室，北京100080)摘要：采用溶胶一凝胶水热法制备了锐钛矿型纳米晶TiO2薄膜电极，在乙二醇碳酸酯(EC)／1，2一丙二醇碳酸

2、酯(PC)电解液体系中，研究了I，和KI含量对电极光电性能的影响，发现随着电解液中12含量的增加，电池的短路光电流呈现先增加后减小的趋势，但光电流增加和减少的幅度并不大，同时体系的暗电流不断增加，光电压不断下降；随着电解液中KI含量的增加，电池的短路光电流也不断增加，当KI的含量大于0．2mol／L时，电池的短路光电流的增加的趋势减缓．并对电解液中I2和KI含量对电池光电性能影响的原因进行了初步的探讨．关键词：染料敏化太阳能电池；二氧化钛薄膜电极；电解液体系文章编号：1674—0475(2008)01—005406中图分

3、类号：064文献标识码：A随着世界经济的快速发展，化石燃料的消耗不断加速，由此引发的能源危机和环境污染成为当今世界和人类迫待解决的问题．太阳直接辐射到地球的能量丰富，分布广泛，可以再生，不污染环境，是国际社会公认的理想替代能源uj，因此作为光电转换装置的太阳能电池受到了世界各国科学界的重视J．现在，已经得到商业化的太阳能电池主要是非晶硅、单晶硅、多晶硅以及GaAs、InP、CdS等薄膜型电池[2-4j，但这类电池制备工艺条件苛刻，成本高，不利于广泛应用．而90年代发展起来的染料敏化纳米晶半导体太阳能电池，制备工艺简单、价

4、格低廉，已成为世界各国竞相研究的热门课题l_5．染料敏化太阳能电池主要由3部分组成：载有有机染料的Ti02工作电极、载铂对电极和含有KI(或LiI)和I2的电解液．在染料敏化太阳能电池工作时，太阳光首先把吸附收稿日期：2007—04．02；修回日期：2007．06墙．基金项目：国家自然科学基金资助项目(50221201)；国家重点基础研究发展规划(973计划)资助项目(2oo6CB2O2605)，作者筒介：李胜军(1980-)，博士生，主要从事光电化学、新型化学电源材料研究，E-mail：lishengjun@hrbeu

5、．edu．cn．54维普资讯http://www.cqvip.com第1期李胜军等：染料敏化太阳能电池r¨02电极的制备及电解质的影响55在Ti02电极上的有机染料激发，处于激发态的染料分子不稳定，释放电子，成为带正电荷的离子，染料正离子被I一离子还原得到再生，而I～被氧化为I3一，生成的I3一通过扩散迁移到载铂对电极并还原为I一，生成的I一离子扩散到TiO2电极，完成整个循环．可以看出氧化还原对I一／I一在染料敏化太阳能电池中起着重要的作用．Liu等人L8J在不同I2含量的三甲氧基丙腈溶液中，研究了电池的短路光电流与光

6、强的关系，发现随着电解液中I2含量的减小，短路光电流与光强的关系曲线越来越偏离线性关系，说明I2含量对电池光电性能存在很大的影响。Kalaignan等人[]在含KI／I2的聚醚二醇(PEO)电解质体系的研究中发现I，含量对电解质体系的导电率有很大的影响，同时，KI与I2的相对含量对电解质体系的导电率也存在一定影响。Hara等人_10]在乙腈溶液中研究了¨I含量对电池光电转换性能的影响，发现短路光电流和开路光电压随着LiI含量的增加，呈先增大后减小的变化趋势．目前，虽然已有大量文献对电解质溶液中I2和KI含量对电池光电性能

7、方面的影响进了研究，但是有关其影响机制方面的探讨较少．本实验采用溶胶凝胶水热法制备了锐钛矿型TiO2薄膜电极，研究了乙二醇碳酸酯(EC)／1，2一丙二醇碳酸酯(PC)电解液体系中I2和KI含量对电池光电性能的影响，并对其原因进行了初步探讨．1实验部分1．1主要试剂和仪器异丙醇、乙酸(AR，北京精细化工厂)；碘(AR，广东西陇化工厂)；异丙氧醇钛、碘化钾、乙二醇碳酸酯(EC)和1，2一丙二醇碳酸酯(PC)(AR，ACROS)；$nO2导电玻璃(FYO，电阻为30Q／[]，黑龙江哈克新能源有限公司)．扫描电子显微镜(日本HI

8、TACHI公司，S-4300型)；X射线衍射仪(日本理学D／max2500)；紫外．可见分光光度计(日本HITACHI公司，UV-3010型)．1。2纳晶TiO2薄膜的制备及表征以异丙氧醇钛为前驱物，将其与异丙醇的混合液加入到pH=2的醋酸水溶液中，经高压釜水热后得到纳米TiO2胶体溶液．TiO2胶体溶液在旋转蒸发器