碳黑含量對(duì)導(dǎo)電聚合物基復(fù)合對(duì)電極光電性能的影響

王藝蒙，焦 琳，張欣茜，初增澤

(沈陽(yáng)師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 能源與環(huán)境催化研究所,遼寧 沈陽(yáng) 110034)

近年來(lái)，探索新型廉價(jià)、高催化活性的非鉑對(duì)電極材料已經(jīng)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(dǎo)電性、穩(wěn)定性和耐腐蝕性優(yōu)異，而且原料價(jià)格低廉、儲(chǔ)量豐富，已有眾多研究表明碳材料是良好的對(duì)電極材料[4-8]。此外，導(dǎo)電聚合物也是優(yōu)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(fù)合材料對(duì)電極，通過(guò)優(yōu)化熱處理溫度獲得了高光電轉(zhuǎn)換效率的DSSC[11]。本文旨在研究不同碳黑含量對(duì)于PEDOT∶PSS/C復(fù)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(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑

碳黑(美國(guó)Cabot公司)，導(dǎo)電聚合物PEDOT∶PSS(PH1000，德國(guó)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(guó)Sigma-Aldrich公司)、FTO導(dǎo)電玻璃(NSG，日本)。其它試劑均為市售分析純。

1.2 儀器與測(cè)試方法

使用S-4800型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(日本日立)觀察電極表面形貌。測(cè)試光源為氙燈模擬太陽(yáng)光源(Oriel 66055)，通過(guò)AM1.5濾光片和硅光電二極管校正光強(qiáng)至100 mW·cm-2，使用Keithley 238通過(guò)偏壓掃描進(jìn)行電池光電性能的表征。循環(huán)伏安(CV)使用CHI604E(上海辰華儀器有限公司)電化學(xué)工作站測(cè)試，實(shí)驗(yàn)制備的對(duì)電極為工作電極，Ag/Ag+作為參比電極，鉑片為輔助對(duì)電極，掃描速度為0.1 V·s-1。交流阻抗采用Solartron 1287/1250電化學(xué)綜合測(cè)試儀(英國(guó)Solartron公司)測(cè)定。

1.3 電池制備

將導(dǎo)電聚合物PEDOT∶PSS中添加6%的二甲基亞砜，經(jīng)超聲混合均勻后與碳黑按一定比例混合，經(jīng)研磨后得到所需漿料。FTO導(dǎo)電玻璃經(jīng)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(jīng)過(guò)120℃處理30 min后得到PEDOT/C復(fù)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)程序清洗后，將TiDIP溶液旋涂于其表面，經(jīng)500℃處理后得到致密層。然后，通過(guò)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(jié)30 min。最后，經(jīng)TiCl4水溶液處理后，在500℃燒結(jié)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(yáng)極和對(duì)電極組裝在一起，在熱臺(tái)上加熱粘合，然后真空灌注電解質(zhì)溶液制備太陽(yáng)能電池。電池在AM1.5模擬太陽(yáng)光源條件下進(jìn)行光電性能測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 PEDOT/碳黑復(fù)合薄膜

圖1 不同碳黑含量的復(fù)合對(duì)電極膜表面SEM圖：(a) 1 %; (b) 5 %; (c) 10 %

2.2 循環(huán)伏安分析

圖2 不同對(duì)電極的循環(huán)伏安曲線

2.3 電化學(xué)交流阻抗分析

圖3 (a)不同對(duì)電極的Nyquist圖及(b)等效電路圖

2.4 太陽(yáng)能電池光電性能

圖4 不同對(duì)電極的DSSC光電流

表1 不同對(duì)電極的DSSC性能參數(shù)

3 結(jié)論