染料敏化太阳电池对电极研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xulingxuan
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染料敏化太阳电池(DSC)的制作简单、材料便宜,并且其光电转换效率已稳定在10%以上,从而使其成为新一代太阳能电池的研究发展方向。DSC包括三个主要部分:纳米TiO2工作电极、含氧化还原电对(I3-/I-)的电解质和铂(Pt)对电极。Pt对电极的作用是从外电路收集电子,并且把I3-还原为I-。铂(Pt)电极在催化I3-的催化反应过程中会老化。本文主要研究Pt电极的老化机理,为改进现有Pt电极和探索新型非Pt电极提供理论支持。   用交流阻抗法和计时库仑法研究了“Pt电极/电解质”界面双电层的结构和性质,首次提出了DSC中“Pt电极/电解质”界面双电层的理论模型。用循环伏安法、稳态极化曲线法和计时库仑法研究了不同电解质中I3-在Pt电极上催化反应动力学,并阐述了I3-在Pt电极上的催化反应机理的新观点。在研究“Pt电极/电解质”界面双电层的结构和性质及I3-在Pt电极上催化反应机理的基础上,用交流阻抗法进一步研究Pt电极的老化。   薄层电池中“Pt电极/电解质”界面双电层共有两层:紧贴Pt电极表面的“紧密层"和“分散层”,根据亥姆霍兹理论,Cdl主要由紧密层电容决定。电解质不同组分会影响“Pt电极/电解质”界面双电层的结构和性质。I3-的催化反应是在“Pt电极/电解质”界面双电层发生的。在不含苯并咪唑类添加剂的电解质中,I3-在Pt电极上的催化反应足受吸附步骤控制的,电解质中不同碘浓度会影响I3-/I-在Pt电极上的吸附性质。   在含苯并咪唑类添加剂的电解质中,I3-在Pt电极上的催化反应受扩散步骤控制。杂质毒化、载体的腐蚀、Pt纳米颗粒的团聚和氧化溶解都会导致Pt电极老化,但Pt电极上Pt和I-形成配合物而发生氧化溶解是Pt电极老化的主要原因。电解质中的咪唑阳离子通过吸附在Pt电极掺氟二氧化锡(FTO)导电玻璃基底而减少Pt和I-形成配合物的机会可以延缓Pt电极的老化。多壁碳纳米管的催化活性可以达到Pt催化活性的80%,有进一步研究的价值。
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