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染料敏化太阳能电池(DSSC)在制备成本上优于硅光电池,可代替硅光电池,但是DSSC的能量转换效率比常用的光电转换设备要低,最高也只能达到11%,而硅光电池却可高达25%。但是由于DSSC采用廉价易得的材料可以降低成本,所以人们对该种电池引起了兴趣。 DSSC利用了自然界光合作用的规律。敏化的染料包覆在多孔半导体钛层表面,染料捕获光能而激发为S*态,附着在n-型半导体TiO2上的处于激发态的染料将一个电子转移到TiO2的导带中而转化为S+态。为返回到原始S态,S+态染料从电解质中获得I-离子而又生成为染料分子。然后电子外电路而到达阴极。其间,I-3与电子发生还原反应产生I-离子进入电解质中。载流子在电介质中定向移动至阳极。为了提高电池的效率,所有的反应都必须非常迅速,我们关注对电极上的反应,并采用催化剂层肋提高反应速率。 虽很多科学家已经通过研究发现铂具有非常好的催化性能,但它既稀有又昂贵,现今,碳材料已成为公知的替代材料。人们已经研究了诸如活性碳[]、碳纳米管[]、介孔碳[]等各种形式的碳,但是探索具有潜在价值的具有自然结构的碳的研究却寥寥无几。效仿使用橡树和竹子等木质介孔结构材料作为碳阴极的生物模板的研究方法,我们采用具有特殊结构的蝶翅作为模板进行研究。 蝶翅由具有大量鳞片的中间膜构成,这些鳞片具有相对于种类的各种特定的有序微观结构。我们研究了具有凹坑状、蜂窝状和矩形状微观结构的三种蝴蝶- Papillo Mackii(PM),Papillo Paris(PP)和 Hebomoia Gaucipe(HG)。通过在真空环境下进行常规加热至800℃以得到保留有原始蝶翅微观结构碳化的蝶翅和鳞片。通过使用导电碳胶、自制的碳糊或环氧树脂等粘性层将蝶翅的生物模板碳片粘贴到 ITO玻璃上,然后直接使用该制备好的电极作为DSSC的对电极。 采用 BET表面积进一步了解碳鳞片的微观表面和微孔的分布。由于使用整块碳化蝶翅进行测定得到的数据很小,我们改用直接测量鳞片的表面积而避免了中间薄膜的干扰。PM鳞片的BET表面积在260 m2/g左右。 在由两正对的阴极组成的对称电池上进行电阻抗谱测量。通过对比不同粘性层得到的数据,发现粘贴碳化蝶翅的最佳粘性层是环氧树脂。我们还通过对比不同蝶翅来研究微观结构对电化学性能的影响。 在采用附着有染料的 TiO2层的阳极和我们自制的碳阴极的 DSSC电池上进行伏安特性测试,发现功率因子和能量转换效率都很低,这是因为附着在 TiO2层上的染料太少而导致入射光子电流效率低。 伏安曲线和电阻抗谱测量得到的结果矛盾。我们测试了多个碳化模板,考虑了多孔碳层的电阻和电容,或者在吸收层中发生的扩散。