碳黑含量对导电聚合物基复合对电极光电性能的影响

王艺蒙，焦 琳，张欣茜，初增泽

(沈阳师范大学 化学化工学院 能源与环境催化研究所,辽宁 沈阳 110034)

近年来，探索新型廉价、高催化活性的非铂对电极材料已经成为了DSSC研究的重要课题之一。碳黑、石墨、碳纳米管、石墨烯等碳材料的催化效率高，导电性、稳定性和耐腐蚀性优异，而且原料价格低廉、储量丰富，已有众多研究表明碳材料是良好的对电极材料[4-8]。此外，导电聚合物也是优秀的候选材料，如聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等都有较高的催化活性[8-10]。岳根田等采用聚3,4-亚乙二氧基噻吩∶聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)与石墨粉、炭黑混合的方式制备复合材料对电极，通过优化热处理温度获得了高光电转换效率的DSSC[11]。本文旨在研究不同碳黑含量对于PEDOT∶PSS/C复合电极催化还原、体系阻抗特性和电池光电性能影响，以期为今后获得高性能DSSC奠定基础。

1 实验部分

1.1 试剂

碳黑(美国Cabot公司)，导电聚合物PEDOT∶PSS(PH1000，德国Heraeus公司)，DHS-N719染料(大连七色光科技有限公司)，二氧化钛胶体(Dyesol，澳大利亚)，双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯(TiDIP，美国Sigma-Aldrich公司)、FTO导电玻璃(NSG，日本)。其它试剂均为市售分析纯。

1.2 仪器与测试方法

使用S-4800型场发射扫描电子显微镜(日本日立)观察电极表面形貌。测试光源为氙灯模拟太阳光源(Oriel 66055)，通过AM1.5滤光片和硅光电二极管校正光强至100 mW·cm-2，使用Keithley 238通过偏压扫描进行电池光电性能的表征。循环伏安(CV)使用CHI604E(上海辰华仪器有限公司)电化学工作站测试，实验制备的对电极为工作电极，Ag/Ag+作为参比电极，铂片为辅助对电极，扫描速度为0.1 V·s-1。交流阻抗采用Solartron 1287/1250电化学综合测试仪(英国Solartron公司)测定。

1.3 电池制备

将导电聚合物PEDOT∶PSS中添加6%的二甲基亚砜，经超声混合均匀后与碳黑按一定比例混合，经研磨后得到所需浆料。FTO导电玻璃经清洗后粘贴胶带制备模板，采用刮涂法将浆料在衬底上成膜。然后，于空气中自然干燥后，经过120℃处理30 min后得到PEDOT/C复合电极。

将氯铂酸异丙醇溶液(0.01 mol·L-1)滴涂在FTO玻璃上，在400℃处理20 min制备铂对电极。

电解液由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(体积比1∶1)溶液组成。

将FTO按照标准程序清洗后，将TiDIP溶液旋涂于其表面，经500℃处理后得到致密层。然后，通过刮涂法在胶带模板上制备TiO2胶体层，按一定的升温梯度升至550℃烧结30 min。最后，经TiCl4水溶液处理后，在500℃烧结30 min。待薄膜冷却至80℃立即放入N719染料乙醇溶液中，浸泡24 h敏化。用热封膜将敏化后的光阳极和对电极组装在一起，在热台上加热粘合，然后真空灌注电解质溶液制备太阳能电池。电池在AM1.5模拟太阳光源条件下进行光电性能测试。

2 结果与讨论

2.1 PEDOT/碳黑复合薄膜

图1 不同碳黑含量的复合对电极膜表面SEM图：(a) 1 %; (b) 5 %; (c) 10 %

2.2 循环伏安分析

图2 不同对电极的循环伏安曲线

2.3 电化学交流阻抗分析

图3 (a)不同对电极的Nyquist图及(b)等效电路图

2.4 太阳能电池光电性能

图4 不同对电极的DSSC光电流

表1 不同对电极的DSSC性能参数

3 结论