聚合时间对染料敏化太阳能电池中聚苯胺对电极结构和性能的影响

采用恒电压方法, 以掺杂氟的SnO₂ (FTO)导电玻璃为基底, 采用不同的聚合时间制备SO₄^2?掺杂的聚苯胺对电极(PANI CEs). 利用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等技术详细研究了聚合时间对PANI CEs的表面形貌、结构(如掺杂度、共轭性、氧化态等)和对I^?/I^3?的催化活性的影响. SEM结果表明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 CEs的比表面积, 为催化I^?/I^3?反应提供更多的活性位点, 同时聚苯胺链的共轭性、半氧化态聚苯胺(EB)结构的含量和对阴离子SO₄^2?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的过多, 使PANI CEs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^?/I^3?的催化性能. 聚合时间为300 s 时制备出的PANI 薄膜作为染料敏化太阳能电池(DSSCs)对电极和以D149 为染料时, 获得的最高电池光电转换效率为5.30%, 可达到基于Pt 对电极电池效率的88%. 因此, 通过电化学方法制备的PANI CEs有望代替贵金属Pt CEs用于DSSCs中.     

SO4-和I-共掺杂的聚苯胺对电极在染料敏化太阳电池中的应用

采用循环伏安法(CV)在掺杂氟的二氧化锡(FTO)导电玻璃上, 成功聚合了SO₄^-和I^-共掺杂的聚苯胺(PANI)对电极. 利用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、傅里叶红外(FT-IR)吸收光谱、CV和电化学阻抗谱(EIS)等测试方法详细研究了I^-作为第二种掺杂离子及LiI掺杂浓度对所制备的PANI对电极的表面形貌, 结构和对I^-/氧化还原电对的催化活性的影响. SEM结果显示在聚合电解液中引入LiI改变了所制备的PANI对电极的形貌, 可提供更多的催化反应活性位点, 同时还改善了薄膜的孔隙性. 值得注意的是, 引入I^-共掺杂可在一定程度上使3I^-↔ +2e^-反应在相应的PANI电极上更容易进行. 在反应体系中 LiI浓度为0.02 mol·L^-1时得到的PANI对电极, 组装成电池时获得的电池效率最高可达6.52%, 相当于Pt对电极6.95%的93.8%, 比基于只掺杂 的PANI对电极的光电转换效率提高了16%, 说明 和I^-共掺杂的PANI对电极可以提高相应染料敏化太阳电池的光电转换性能, 有望在未来成为Pt对电极的替代材料.     

聚合溶液pH值对染料敏化太阳电池中聚吡咯对电极结构和性能的影响

电化学合成聚吡咯（PPy）时,聚合电解液的pH 值对PPy 薄膜的形貌和性质有较大的影响,进而影响PPy薄膜对I^-/I₃^-的电催化活性以及基于PPy对电极（CE）的染料敏化太阳电池（DSSCs）的光电转换性能. 本文采用电化学恒电位方法,在掺杂氟的SnO₂（FTO）导电玻璃上合成出了对甲苯磺酸根离子掺杂的聚吡咯（PPy-TsO）电极,并将其作为DSSCs 的对电极. 通过改变吡咯聚合时聚合电解液的pH值,借助扫描电镜（SEM）、紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱、X-射线光电子能谱（XPS）和循环伏安（CV）等表征技术,详细探讨了聚合溶液pH值对PPy CE形貌、结构及其对I^-/I₃^-的电催化性能的影响. 研究发现在pH 2.0下合成的聚吡咯对阴离子掺杂率最高且链共轭性最佳,具有对I^-/I₃^-氧化还原介质最强的催化能力,基于此PPy CE的电池光电转化效率也最高.pH 值太大或太小都不利于生成具有高掺杂率和高催化活性的PPy电极,组装成DSSCs后的光电转换效率也较低.