CuO-NRs/碳材料复合对电极的制备及光电性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guipaeren
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对电极是染料敏化太阳能电池(DSSC)的重要组成部分,在体系中起到收集外电路电子,催化还原电解质中氧化还原电子对,为染料再生提供充足还原性电解质的作用。传统的对电极是在FTO导电基底上沉积金属(Pt),但由于Pt资源有限且价格昂贵限制了DSSC的工业化发展,所以开发低价、高效的Pt替代材料成为研究重点。碳材料来源广泛,具有导电性高、催化性强等优点,可作为Pt的替代材料,但单一碳材料作对电极,会出现电催化活性弱及与导电基底粘结性差等问题。本文利用均匀沉淀法制备氧化铜纳米棒(CuO-NRs),将其掺入到石墨烯(GNs)配制的溶胶中,利用电流体动力学技术(EHD)制备CuO-NRs/GNs复合对电极。对复合材料进行形貌分析,发现CuO-NRs附着在石墨烯片层之间,改善了石墨烯的团聚问题,增加了缺陷活性位点,提高电催化性能,并且多孔结构利于电解质溶液的浸入,加快电子传输,同时改善了对电极的机械稳定性。测试结果显示CuO-NRs与GNs质量为1:1时,CuO-NRs/GNs复合对电极具有最大的阴极电流密度(6.38mA/cm~2)和最小的电荷传输电阻(4.60Ω·cm~2),组装后的DSSC电池,光电转化效率达到了3.95%。将均匀沉淀法制备的CuO-NRs掺入到碳纳米管(CNT)配制的溶胶中,利用EHD技术制备CuO-NRs/CNT复合对电极,对复合材料进行形貌分析,发现CuO-NRs附着在CNT的外壁上,抑制CNT的堆积团聚,增大材料的催化表面,疏松结构利于电解质溶液的扩散,提高了材料的电催化性能。测试结果显示当CNT浓度为1mg/mL时,CuO-NRs/CNT复合对电极具有最大的阴极电流密度(1.69mA/cm~2)和最小的电荷传输电阻(26.40Ω·cm~2),组装后的DSSC电池,光电转化效率达到了3.47%。
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