染料敏化太阳能电池柔性对电极的制备及性能研究

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染料敏化太阳能电池(DSSC)的对电极主要用于收集电子,并起催化作用,加速I-/I3-与对电极之间电子交换速度。传统的对电极多以镀有导电膜(如ITO、SnO2)的玻璃为基底,在上面镀上一层铂(或碳,金,镍等)加以修饰。然而,玻璃质量大,易碎,限制了DSSC的商业化开发应用。本文围绕对电极的柔性化问题开展研究,以高聚物(PEN)和不锈钢为对电极基底替代材料。针对高聚物基板不耐高温的问题,采用多种低温镀覆工艺在高聚物基底上制作铂对极,研究不同低温镀铂工艺对导电高聚物基底DSSC光电性能的影响,以寻求最佳高聚物基底铂对极的低温制作工艺;针对金属基板在含碘电解液中耐蚀性差的问题,采用镀镍/钝化等金属表面处理工艺处理不锈钢,之后用作对电极基底,探索了不锈钢表面镀镍/钝化之后镀铂对DSSC对电极导电性、电子传输、耐蚀性以及镀覆层厚度、形貌等对DSSC光电性能及长期稳定性的影响。主要结论如下:①高聚物基底对电极采用化学镀铂制备时,串联电阻和电荷转移电阻都是最低的,且相应电池的光电转换效率最高,其次为丝网印刷;采用电化学镀铂和旋转涂布制备时,效果都不及化学镀。②以表面镀镍304不锈钢为对电极基底相比未镀镍304不锈钢,电池的初始光电性能有所改善。且镀镍120分钟时,电池的填充因子及光电转换效率等最高。③以表面镀镍304不锈钢为对电极基底相比未镀镍304不锈钢,电池的长期稳定性有所改善,随着镀镍时间的增加,电池的稳定性先升后降,且在镀镍时间为120分钟时,效果最佳。④304不锈钢在经16.7%HNO3+2%HF+H2O溶液活化,而后以38%HNO3+H2O或7.5%HNO3+4%K2Cr2O7+H2O溶液钝化后在含I-/I3-电对电解液中的耐蚀性可显著提高;以之为DSSC的对电极基底,可使DSSC的光电转换效率较以未钝化不锈钢为对电极基底的DSSC提高约1.73%-2.43%,同时使得DSSC的短路电流,填充因子等都有一定程度的提高;稳定性测试证明,基板钝化后,DSSC的稳定性较钝化前有大幅度提高。
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