染料敏化太阳能电池电极的制备及电解质的影响

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1、第２６卷第１期影像科学与光化学Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．１２００８年１月ＩｍａｇｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＰｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙＪａｎ．，２００８殐檭檭檭檭檭殐檭檭研究简报檭檭殐檭檭檭檭檭殐染料敏化太阳能电池ＴｉＯ２电极的制备及电解质的影响１，２２１２２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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丙二醇碳酸酯（ＰＣ）电解液体系中，研究了Ｉ２和ＫＩ含量对电

2、极光电性能的影响，发现随着电解液中Ｉ２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００５４０６中图分类号：Ｏ６４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

3、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，［１］可以再生，不污染环境，是国际社会公认的理想替代能源，因此作为光电转换装置的太［２］阳能电池受到了世界各国科学界的重视．现在，已经得到商业化的太阳能电池主要是［２４］非晶硅、单晶硅、多晶硅以及ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＳ等薄膜型电池，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［５７］池，制备工艺简单、价格低廉，已成为世界各国竞相研究的热门课题．染料敏化太阳能电池主要由３部分组成：载有有机染料的ＴｉＯ２工作电极、载铂对电极和含有ＫＩ（或ＬｉＩ）和Ｉ

4、２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１８．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（２００６ＣＢ２０２６０５）．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．ｅｄｕ．ｃｎ．５４第１期李胜军等：染料敏化太阳能电池ＴｉＯ２电极的制备及电解质的影响５５在ＴｉＯ２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离子

5、还原得到再生，而Ｉ被氧化为Ｉ３，生成的Ｉ３通过扩散迁－－移到载铂对电极并还原为Ｉ，生成的Ｉ离子扩散到ＴｉＯ２电极，完成整个循环．可以看出－－［８］氧化还原对Ｉ３／Ｉ在染料敏化太阳能电池中起着重要的作用．Ｌｉｕ等人在不同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［９］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Ｉ２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［１０］质体系的导电率

6、也存在一定影响．Ｈａｒａ等人在乙腈溶液中研究了ＬｉＩ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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

7、碳酸酯（ＥＣ）和１，２丙二醇碳酸酯（ＰＣ）（ＡＲ，ＡＣＲＯＳ）；ＳｎＯ２导电玻璃（ＦＴＯ，电阻为３０Ω／□，黑龙江哈克新能源有限公司）．扫描电子显微镜（日本ＨＩＴＡＣＨＩ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中蒸发至ＴｉＯ２