论文部分内容阅读
染料敏化太阳能电池(Dye-sensitizedsolarcells，DSSCs)以其低廉的价格，简单的制备工艺和较高的光电转换效率，越来越受到人们的重视。其中对电极担负着收集电池外回路的电子、并将电子传递给电解质中的电子受体使其还原再生的作用，是DSSCs的重要组成部分。通常用载铂对电极(PtCE)，是因为其有高的导电率和对I3-/I-高的催化性能，然而Pt材料的稀有和昂贵，限制了DSSCs的大面积推广和应用。因此研究者把目光放在了其他廉价的材料上，例如碳材料、硫化物、导电聚合物和其他一些复合材料。在这些材料中，导电高分子聚苯胺(Polyaniline，PANI)由于原料廉价、合成简单、导电率高、稳定性好，是一种有潜力的对电极替代物。
(1)PANI的结构和性能受电解液中硫酸浓度的影响，我们在不同硫酸浓度下在制备出SO42-掺杂的PANI薄膜。通过扫描电镜、紫外-可见吸收光谱、X射线光电子能谱、循环伏安、双电层电容、电化学阻抗等测试方法研究了硫酸浓度对PANI对电极的形貌、聚合度、掺杂率、氧化结构和对I3-/I-催化活性的影响。结果表明基于在硫酸浓度为0.35M下制备的PANI组成的DSSC的光电转换性能最好，光电转换效率达到5.57％，与相同测试条件下基于PtCE的DSSC的光电转换效率6.00％相近。这是因为在此条件下获得的PANICE有较大的比表面积、高的聚合度和掺杂率、较优的氧化结构。
(2)用恒电压方法，在不同的聚合时间下制备SO42-掺杂的PANI对电极。SEM图片表明PANI在FTO上的生长分两个阶段。适当增加聚合时间可以增加PANI对电极的比表面积，为催化I-/I3-反应提供更多的活性位点，同时聚苯胺链的共轭性、氧化结构的聚苯胺结构含量和对阴离子SO42-的掺杂度会随着增加，进而PANI的导电率也逐渐增大。然而，聚合时间过长会引起薄膜厚度的增加和氧化结构比例的增多，使PANI的导电率降低，电子在PANI薄膜中的传输阻抗增加，进而影响其对I-/I3-的催化性能。综合上述结论，能够帮助我们制备性能更优的PANI，从而得到更高光电转换性能的DSSCs，更重要的是对我们研究PANI对电极的工作机理提供了很大帮助。