碳黑含量對導電聚合物基復合對電極光電性能的影響

2019-03-29 02:05:02王藝蒙張欣茜初增澤

山東化工 2019年4期

王藝蒙，焦琳，張欣茜，初增澤

(沈陽師范大學化學化工學院能源與環境催化研究所,遼寧沈陽 110034)

近年來，探索新型廉價、高催化活性的非鉑對電極材料已經成為了DSSC研究的重要課題之一。碳黑、石墨、碳納米管、石墨烯等碳材料的催化效率高，導電性、穩定性和耐腐蝕性優異，而且原料價格低廉、儲量豐富，已有眾多研究表明碳材料是良好的對電極材料[4-8]。此外，導電聚合物也是優秀的候選材料，如聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等都有較高的催化活性[8-10]。岳根田等采用聚3,4-亞乙二氧基噻吩∶聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT∶PSS)與石墨粉、炭黑混合的方式制備復合材料對電極，通過優化熱處理溫度獲得了高光電轉換效率的DSSC[11]。本文旨在研究不同碳黑含量對于PEDOT∶PSS/C復合電極催化還原、體系阻抗特性和電池光電性能影響，以期為今后獲得高性能DSSC奠定基礎。

1 實驗部分

1.1 試劑

碳黑(美國Cabot公司)，導電聚合物PEDOT∶PSS(PH1000，德國Heraeus公司)，DHS-N719染料(大連七色光科技有限公司)，二氧化鈦膠體(Dyesol，澳大利亞)，雙(乙酰丙酮基)二異丙基鈦酸酯(TiDIP，美國Sigma-Aldrich公司)、FTO導電玻璃(NSG，日本)。其它試劑均為市售分析純。

1.2 儀器與測試方法

使用S-4800型場發射掃描電子顯微鏡(日本日立)觀察電極表面形貌。測試光源為氙燈模擬太陽光源(Oriel 66055)，通過AM1.5濾光片和硅光電二極管校正光強至100 mW·cm-2，使用Keithley 238通過偏壓掃描進行電池光電性能的表征。循環伏安(CV)使用CHI604E(上海辰華儀器有限公司)電化學工作站測試，實驗制備的對電極為工作電極，Ag/Ag+作為參比電極，鉑片為輔助對電極，掃描速度為0.1 V·s-1。交流阻抗采用Solartron 1287/1250電化學綜合測試儀(英國Solartron公司)測定。

1.3 電池制備

將導電聚合物PEDOT∶PSS中添加6%的二甲基亞砜，經超聲混合均勻后與碳黑按一定比例混合，經研磨后得到所需漿料。FTO導電玻璃經清洗后粘貼膠帶制備模板，采用刮涂法將漿料在襯底上成膜。然后，于空氣中自然干燥后，經過120℃處理30 min后得到PEDOT/C復合電極。

將氯鉑酸異丙醇溶液(0.01 mol·L-1)滴涂在FTO玻璃上，在400℃處理20 min制備鉑對電極。

電解液由LiI (0.5 mol·L-1)、I2(0.05 mol·L-1)、4-叔丁基吡啶(0.1 mol·L-1)的乙腈/碳酸丙烯酯(體積比1∶1)溶液組成。

將FTO按照標準程序清洗后，將TiDIP溶液旋涂于其表面，經500℃處理后得到致密層。然后，通過刮涂法在膠帶模板上制備TiO2膠體層，按一定的升溫梯度升至550℃燒結30 min。最后，經TiCl4水溶液處理后，在500℃燒結30 min。待薄膜冷卻至80℃立即放入N719染料乙醇溶液中，浸泡24 h敏化。用熱封膜將敏化后的光陽極和對電極組裝在一起，在熱臺上加熱粘合，然后真空灌注電解質溶液制備太陽能電池。電池在AM1.5模擬太陽光源條件下進行光電性能測試。