SnO2基复合薄膜对电极的制备及光电性能研究

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对电极是染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)的重要组成部分,用于吸附和催化I3-的还原、收集外部电路电子。电池中I3-还原反应越快,光电响应就越好。传统对电极是在导电玻璃上镀一层金属Pt,然而Pt昂贵的价格限制了DSSCs的商业化发展。所以,探索低成本、高催化性的Pt替代材料十分重要。碳材料由于具有优异的导电性和催化性,且分布广泛,是目前对电极替代材料中研究最多的。然而碳材料做对电极时存在着催化活性不高、容易腐蚀脱落等问题。所以,本文分别将石墨烯和碳纳米管(carbon nanotube,CNT)掺入SnO2中制备复合对电极,研究碳材料掺入SnO2中对其形貌与性能的影响,以及这两种复合对电极对I3-还原反应催化性能的影响。主要研究内容和结果如下。利用水热法成功制备了SnO2和CNT/SnO2,发现CNT掺入SnO2后增强了碳膜的机械稳定性,形成有利于电解质扩散的疏松多孔的网络结构,使得电解质中的氧化还原反应能充分进行。利用EHD技术制备的CNT/SnO2对电极具有比SnO2对电极和CNT对电极更优异的催化性能。同时考察了CNT含量对复合对电极电化学性能的影响,发现CNT的最佳含量为6%,此时对电极电荷转移电阻为3.53Ω·cm2,阴极电流密度值为0.77 mA·cm-2,组装得到的DSSCs获得了4.44%的转换效率。利用溶胶凝胶法成功制备SnO2和石墨烯/SnO2,通过形貌分析发现,石墨烯掺入SnO2后,减少了石墨烯片层间的团聚,暴露了更多的边界活性位点,更有利于催化反应的进行。与SnO2对电极、石墨烯对电极相比,利用EHD技术制备的石墨烯/SnO2对电极具有更好的催化性能。同时考察了不同石墨烯掺杂量对复合对电极电化学性能的影响,发现石墨烯浓度为2.5 mg/mL时,得到的DSSC获得了3.39%的转换效率。
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