附着性能优异的碳对电极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用(2)

CC:commercialconductivecarbonpaste;Cb:carbonblack 图2Cb-CC和Cb膜的附着力测试

Fig.2FilmadhesiontestofCb-CCandCbfilms

(a)Cb-CC(up)andCb(below)filmscoveredwithscotchtape;(b)Cb-CC(up)andCb(below)filmsuncoveredscotchtape;(c)theCbfilmafter

test 1742

ActaPhys.?Chim.Sin.2012 (a) Vol.28

图3Cb-CC和CC对电极的循环伏安曲线图Fig.3CyclicvoltammogramsforCb-CCandCC

counterelectrodes (b) 3.2

碳对电极电化学催化性能

采用循环伏安扫描对Cb-CC和CC对电极对I3-/I-电对的催化活性进行研究.图3是它们的CV曲线图.从图中可以看出两种对电极都呈现出两对氧化还原峰,即对I3-/I-都有氧化还原作用,因为在CC中加入了催化活性高的Cb,所以Cb-CC对电极的两对峰要比CC对电极的明显.从CV结果可以期待Cb-CC在DSSC有很好的表现.

为了表征电子在电极/电解液界面的传荷过程,对由Cb、Cb-CC和CC这三种对电极制备的对称电池进行电化学阻抗谱(EIS)测试,图4(a)是它们的Nyquist阻抗图,EIS各项参数由图4(b)所示的等效电路拟合得到并列于表1中,Rs表示串联电阻,Rct表示电解液与电极之间的电子传输电阻,CPE表示相应的电容,ZN表示电解液中的氧化还原电对(I3-/I-)的能斯特扩散电阻.

CC的Rct为3.4Ω,催化活性不高.加入催化活性高的Cb(Rct=1.6Ω)后,Rct下降到3.2Ω,这与它们的CV结果一致.此外,Cb、Cb-CC、CC的CPE分别为4.2、3.4、1.7μF,这是因为Cb本身具有多孔结构,而CC中含有的高分子物质会降低对电极的

多孔性,这与它们的SEM图相一致,故加入CC后CPE有所下降.与Cb的Rs相比(17.7Ω),Cb-CC的Rs下降 图4

(a)三种碳对电极组装成对称电池的Nyquist图及 (b)等效电路图

Fig.4(a)Nyquistplotsofthedummycellsassembled usingthethreecarboncounterelectrodesand (b)equivalentcircuitdiagram (A)Cbdummycell;(B)Cb-CCdummycell;(C)CCdummycell.Rs:seriesresistance,Rct:chargetransferresistanceincounterelectrodes/electrolyteinterface,CPE:thecorrespondingcapacitanceinthis interface,ZN:Nernstdiffusionimpedance

到15.4Ω,表明Cb中加入CC后,对电极的导电性提高了. 3.3DSSC光电性能表征

将Cb、Cb-CC和CC这三种对电极与吸附染料的光阳极组装成电池进行J-V测试,图5是这三种对电极的J-V曲线,基于Cb、Cb-CC和CC电池的光电性能参数也列于表1.

基于CC的电池的能量转换效率(η)只有4.88%,低于Cb的6.31%.这是因为CC催化活性很低,而这主要是由CC电极较大的Rct和较小的CPE造成的;加入Cb后,Cb-CC电极的催化活性有很大的提高,相应电池的开路电压(Voc)为796mV,短路电流密度(Jsc)为12.52mA·cm-2,填充因子(FF)为68.2%,

能量

Table1

表1基于三种碳对电极组的DSSCs的光电性能参数及其EIS参数

PhotovoltaicparametersoftheDSSCsbasedonthethreecarboncounterelectrodesandEISparametersofthe

ocsc No.7

储玲玲等:附着性能优异的碳对电极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用 图5

基于三种碳对电极DSSCs的光电流密度-光电压(J-V)曲线 Fig.5Photocurrentdensity-photovoltage(J-V)curvesforDSSCsbasedonthethreecarboncounter

electrodes

6基于CC不同添加量的Cb-CC碳对电极的DSSCs 能量转换效率曲线图

Fig.6EnergyconversionefficiencyoftheDSSCsbasedonCb-CCcarboncounterelectrodescontainingvarious amountsofCC

转换效率达到了6.54%.这是因为CC的导电率很高,增大了对电极的导电性,弥补了因Cb减少而导致催化活性降低的缺陷,即在Cb中加入改善附着力的CC后,仍然能够保持高效率.3.4

导电碳浆CC添加量的影响

实验过程中发现CC的掺入量对电池能量转换效率有很大的影响,因此配制了一系列CC含量不同的Cb-CC浆料,并制作成对电极,组装电池进行光电性能测试,图6是它们的能量转换效率曲线图.

CC添加量在77%左右时能量转换效率最高,达到了6.81%.当适量的CC加入到Cb中,能够增加对电极的附着力和导电性;但当过量的CC加入到Cb中时,会因电极的催化活性降低而导致能量转换效率下降.3.5 导电碳浆CC对电池稳定性的影响

电池的稳定性是制约DSSC产业化的主要因素 图7DSSC稳定性实验光电性能参数 Fig.7PhotovoltaicparametersoftheDSSCinthe stability

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