染料敏化纳米薄膜太阳能电池新型对电极研究.pdfVIP

太阳能光电、光热建筑应用技术与成果推广研讨班 染料敏化纳米薄膜太阳能电池的新型对电极研究 新的光化学太阳电池，它通常由染料敏化Ti02光阳极、含有1-／13一氧化还原电对的电解质 溶液以及对电极构成。 本文选用不锈钢薄板、镍片、聚酯薄膜以及导电聚合物膜为基材，制作了4种新型对 电极，分别检测了金属基材和塑料膜在电解质溶液中的耐腐蚀性和稳定性，测试了由这4 种新型对电极构成的染料敏化纳米薄膜太阳电池的光电特性，并对使用不锈钢和导电聚合 物膜对电极的染料敏化纳米薄膜太阳电池的长期性能稳定性进行了考察。 实验部分 1．镀铂对电极的制作 薄板、镍片、聚酯薄膜以及导电聚合物膜上沉积一层Pt膜，制得4种新型对电极，溅射 电流20mA，溅射时间3min。为了将新型对电极与导电玻璃板对电极进行性能对比，采用 相同的方法和条件在导电玻璃板上沉积一层pt膜，制成了镀铂导电玻璃对电极。 2．T102光阳极的制作 先用分子量为600的聚乙烯醇将纳米 Ti02粉进行分散，配制成Ti02浆料：然后，采用丝网印刷技术在导电玻璃板上分别 温下放置一夜进行染料敏化处理。 3．分析测试 用这些基板制作的对电极的表面阻抗(sheet resistance)。 3．1基材耐腐蚀性和稳定性测试 为测定不锈钢薄板和镍片这两种金属基材在电解质溶液中的耐腐蚀性，先将它们在染 料敏化纳米薄膜太阳电池专用的电解质溶液中浸泡3个月，然后用日本日立公司的Z一6100 型原子吸收光谱仪测定浸泡液中的金属离子浓度。电解质溶液的组成为O．IM LiI、0．1Ⅶ2、0．6M l，2．二甲基一3一丙基咪唑碘以及0．5M叔丁基吡啶的甲氧基丙腈溶。此外，分别将 73 太阳能光电、光热建筑应用技术与成果推广研讨班 聚酯薄膜和导电聚合物膜浸泡于上述电解质溶液中，通过观察来判断这两种塑料薄膜在电 解质溶液中的稳定性。 3．2染料敏化纳米薄膜太阳电池光电性能测试 Nova照度计(Ophiroptronics公司，日本)和标准电池BS．520，s／n r l 0 11 la u y 0 膜光阳极与镀铂对电极之间放置一层50m厚的S n密封膜TP t公 司，美国来分隔阳极和阴极，并用Amos i l胶粘剂 S0l ar 0一ni xSA公 司，瑞士封闭电池的四周，制作成封闭电池。电解质溶液通过事先在对电极上钻的两个 小孔注入到两电极之间。 结果与讨论 1．对电极的表面阻抗 染料敏化纳米薄膜太阳电池的性能是受电极表面阻抗直接影响的，特别是对于大面积 电池。本研究中所有基板和用这些基板制作的镀铂对电极的表面阻抗列于表l中。可以看 出，对于不锈钢和镍这两种金基板以及ITO．PEN导电聚合物膜，镀铂前后它们的表面阻 Q／cm2 抗变化不大。然而，由于聚酯薄膜本身是绝缘材料，镀铂后，其表面阻抗由1017 显著地下降为60．8／cm2，从而使其具有了导电性。由表1还可以看出，金属基板的表面 阻抗很低，分别为FID导电玻璃板的l／104和TO—PEN导电聚合物膜的1／105。 2．基板在耐电解质溶液中的稳定性 为了考察不锈钢薄板、镍片、聚酯薄膜以及导电聚合物膜用来制作染料敏化纳米薄膜 太阳电池对电极的可行性，分别测试了不锈钢基板和镍片在电解质溶液中的耐腐蚀性以及 聚酯薄膜和导电聚合物膜在电解质溶液中的稳定性，测试结果见表l(略)。不锈钢薄板 吸光谱的检量限以下，这表明此不锈钢薄板在电解质溶液中具有较好的稳定性。因此可用 来制作染料敏化纳米薄膜太阳电池的对电极，然而在镍片的浸泡液中测定出了一定量的镍 离子。这表明镍片会缓慢溶解于电解质溶液中，经计算其失重率为0．092mg／cm2。在电解 们在电解质溶液中是稳定的。 3．由新型对电极构成的染料敏化纳米薄膜太阳电池的光电性能 为了考察对电极基材对由其构成的染料敏化纳米薄膜