低温制备的新型碳基对电极的DSCs光电性能研究

摘要

染料敏化太阳电池(DSCs)具有低成本、工艺简单及可柔性化等特点,因此,将层结构可控的石墨烯纳米薄片(GNs)引入到DSCs对电极中,并结合介孔碳等多种碳材料,通过低温制备(120℃)构建出不同类型的碳基对电极,系统地考察了相应器件的光电性能,同时分析了性能改善的主要原因,为DSCs的低成本化、柔性化、高效化提供基础。研究表明:
　　 随着石墨/活性碳对电极中活性碳含量增加,转换效率(η)随之呈线性增加,而填充因子(FF)也呈抛物线增加。Η的改善归功于电荷转移阻抗(RcT)和Nernst扩散阻抗(Zp)的减小。此外,在石墨对电极中引入银浆料能提升效率。
　　 通过调整工艺和前驱体,采用氧化还原法实现GNs层数在2-10之间调控。引入对电极后,随GNs层数增加,η先增加后减小,当层数为5时达到最大。经300℃二次热处理,活性点的释放使GNs对电极的RcT和Zp明显减小,从而使η从1.17％增加到2.07%,增幅达到77%。
　　 GNs分别与球磨石墨、活性碳、介孔碳复合组成的对电极的光电性能随着GNs层数和含量不同而改变:当层数为5时,三种对电极的光电性能均最优;当GNs的含量为16.7%时,三种对电极的η均最佳,其中球磨石墨对电极光电性能的改善尤为显著。弥散分布在对电极中的GNs能起“桥梁效应”,通过改善串阻(Rs),进而提高光电性能。光电极及电解质经优选后,GNs/球磨石墨、GNs/活性碳和GNs/介孔碳对电极组装的DSCs的η分别增加到2.46%、5.50%和8.22%,增幅依次达到63.6%、17.4%和37.4%。