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基于MWCNT/TiO2对电极和硫醇盐/二硫化物非碘氧化还原电对的染料敏化太阳能电池性能

ISSN号：1000-6818
期刊名称：《物理化学学报》
时间：0
分类：O646[理学—物理化学;理学—化学]
作者机构：[1]东南大学化学化工学院,南京211189, [2]江苏省光电功能材料工程实验室,南京211189
相关基金：国家重点基础研究发展规划（973）（2013CB932902）; 国家自然科学基金（21173042）; 江苏省自然科学基金（BK20141338）; 江苏省科技支撑计划（BE2013118）; 中央高校基本科研业务费专项资金（2242014k10025）资助项目~~

作者：王育乔[1,2], 王盼盼[1], 卢静[1], 白一超, 顾云良[1], 孙岳明[1,2]

关键词：对电极, 非碘氧化还原电对, 电催化活性, 光电性能, 太阳能电池, Counter electrode, Non-iodine redox couple, Electrocatalytic activity, Photoelectronic proverty, Solar cell

中文摘要：

采用水热法合成出多壁纳米碳管/二氧化钛（MWCNT/Ti O2）复合物,并作为染料敏化太阳能电池（DSSC）中对电极材料并组装成电池.通过场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、傅里叶变换红外（FTIR）光谱、X射线粉末衍射（XRD）、同步热重-差示扫描量热（TGA-DSC）、拉曼（Raman）光谱和光电子能谱（XPS）等方法对其形貌、组成和结构进行表征.结果表明,酸化MWCNT表面―COOH与水热生长出的锐钛矿Ti O2表面―OH之间,通过形成类似于O=C―O―Ti或者C―O―Ti的结构,能有效地增强复合物薄膜层与导电玻璃基底之间的相互作用.通过循环伏安（CV）、电化学阻抗谱（EIS）、塔菲尔曲线（Tafel）和电池的伏安特性曲线等方法研究了该类对电极对硫醇盐/二硫化物（T-/T2）非碘氧化还原电对的光电化学特性.结果表明：当MWCNT与Ti O2质量比为3：1时,基于该复合物对电极与T-/T2非碘氧化还原电对所组装DSSC的开路电压为0.63 V,短路电流为15.81 m A·cm-2,填充因子为0.65,光电转换效率达到6.47%.

英文摘要：

Multi-walled carbon nanotube（MWCNT）/Ti O2 composites were prepared using acid-treated MWCNT and titanium（IV） isopropoxide by a facile hydrothermal method. The morphology and structure of composites were characterized by field- emission scanning electron microscopy（FE- SEM）, Fourier transform infrared spectroscopy（FTIR）, X-ray diffraction（XRD）, thermal gravimetric analysis with differential scanning calorimetry（TGA-DSC）, Raman and X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）. The results show that the cohesion effect of MWCNT/Ti O2 was due to the interaction between ―COOH group of acid-treated MWCNT and ―OH group of the anatase Ti O2 surface, which might form a similar chemical bonding（O=C―O―Ti or C―O―Ti） interaction.The photoelectrochemical performance of dye-sensitized solar cell（DSSC） based on both MWCNT/Ti O2 counter electrode and thiolate/disulfide（T-/T2） non-iodine redox couple was investigated using cyclic voltammetry（CV）,electrochemical impedance spectroscopy（EIS）, Tafel and voltage-photocurrent density curves. The results indicate that the reduction of T2 to T-at MWCNT/Ti O2 counter electrode was more effective than that of Pt counter electrode. Under optimized conditions（m（MWCNT）/m（Ti O2）, mass ratio）, DSSC achieved an optimal performance, such as open-circuit voltage of 0.63 V, short-circuit photocurrent density of 15.81 m A·cm^-2, fill factor of 0.65, and photon-to-electron conversion efficiency of 6.47%.