材料研究学报(中文版)  2018 , 32 (10): 782-790 https://doi.org/10.11901/1005.3093.2017.545

研究论文

聚合物电解质中导电物质含量对准固态电池光电性能的影响

张丹妮, 刘洁, 马飞阳, 杨光本, 刘峡霞, 李恒慧, 李望南, 梁桂杰

湖北文理学院 低维光电材料与器件湖北省重点实验室 襄阳 441053

Effect of Conductive Substance Content in Polymer Electrolyte on Photovoltaic Performance of Quasi-solid-state Dye-sensitized Solar Cells

ZHANG Danni, LIU Jie, MA Feiyang, YANG Guangben, LIU Xiaxia, LI Henghui, LI Wangnan, LIANG Guijie

Hubei Key Laboratory of Low Dimensional Optoelectronic Materials and Devices, Hubei University of Arts and Science, Xiangyang 441053, China

中图分类号:  O646

文章编号:  1005-3093(2018)10-0782-09

通讯作者:  通讯作者 梁桂杰,副教授,guijie-liang@hotmail.com,研究方向为新型太阳电池材料,聚合物电解质及电池中的电荷动力学过程

收稿日期: 2017-09-13

网络出版日期:  2018-10-20

版权声明:  2018 《材料研究学报》编辑部 《材料研究学报》编辑部

基金资助:  国家自然科学基金(51502085),襄阳市科技研究开发项目和湖北省优势特色学科群基金(XKQ2018001)

作者简介:

作者简介 刘洁,女,1994年生,本科生;张丹妮,女,1995年生,本科生

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摘要

将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚环氧乙烷(PEO)共混用作胶凝剂,制备 (PEO-PVP)/LiI/I2凝胶电解质并组装成准固态敏化太阳电池。研究了电池中导电物质的含量对电解质的导电性能和TiO2/电解质界面的电子复合动力学的影响,以及电池光电性能的变化规律。结果表明,随着导电物质含量的提高TiO2上光生电子与电解质中I3-之间的复合电阻和复合反应因子逐渐减小,复合反应更加容易进行,使电池的开路电压(Voc)逐渐降低。随导电物质含量的提高电池的短路电流(Jsc)先增大后减小,其原因是:当导电物质含量(质量分数)较低(<15%)时Jsc受电解质的导电性能控制,导电物质含量提高引起的电导率增大使Jsc值增大;当含量较高(>15%)时电池中较大的暗电流(j0)成为影响Jsc的主导因素,导电物质含量提高引起的j0值增大使Jsc值相应减小。随着导电物质含量的提高电池的光电转化效率(η)先增加后减小,并在含量为15%时达到最佳值5.6%。

关键词: 高分子材料 ; 凝胶电解质 ; 交流阻抗 ; 导电物质含量 ; 电荷复合动力学

Abstract

Novel (PEO-PVP)/LiI/I2 gel electrolyte was prepared by blending polyvinylpyrrolidone (PVP) and polyethylene oxide (PEO), and then the quasi-solid-state sensitized solar cell was prepared with the electrolyte. The effect of the amount of conductive substance on the conductivity of electrolyte, interfacial recombination kinetics between TiO2 and electrolyte, and the photoelectric performance of the DSSC was investigated. It follows that with the increase amount of the conductive substance, the recombination resistance and recombination reaction factor decrease gradually for the recombination between the light-generated electrons on TiO2 with the I3- in the electrolyte, thereby the recombination reaction is facilitated, correspondingly the open circuit voltage (VOC) of the dye-sensitized solar cells (DSSC) also reduced gradually. When the conductive substance is less than 15% (in mass fraction), the short-circuit current (Jsc) is controlled by the conductivity of the electrolyte, and the increase of the conductive substance may result in enhancement of the conductivity and the Jsc value. When the conductive substance is more than 15%, the dark current (j0) of the DSSC becomes the dominant factor affecting the Jsc value, and the increase of the conductive substance caused increase of j0 while decrease of the Jsc. The conversion efficiency (η) of the DSSC increases first and then decreases with the increase of the conductive substance and which reaches the optimum value of 5.6% when the amount of conductive substance is 15%.

Keywords: polymer materials ; gel electrolyte ; electrochemical impedance ; conductive species contents ; charge recombination kinetics

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张丹妮, 刘洁, 马飞阳, 杨光本, 刘峡霞, 李恒慧, 李望南, 梁桂杰. 聚合物电解质中导电物质含量对准固态电池光电性能的影响[J]. 材料研究学报(中文版), 2018, 32(10): 782-790 https://doi.org/10.11901/1005.3093.2017.545

ZHANG Danni, LIU Jie, MA Feiyang, YANG Guangben, LIU Xiaxia, LI Henghui, LI Wangnan, LIANG Guijie. Effect of Conductive Substance Content in Polymer Electrolyte on Photovoltaic Performance of Quasi-solid-state Dye-sensitized Solar Cells[J]. Chinese Journal of Material Research, 2018, 32(10): 782-790 https://doi.org/10.11901/1005.3093.2017.545

染料敏化太阳电池(Dye-sensitized solar cells, DSSC)具有高效、工艺简单、成本低廉等优势,成为新一代光伏电池的候选者[1,2,3,4,5]。现今基于有机液态电解质的DSSC的光电效率高达13%[3],但是液态电解质易挥发和泄漏,使电池封装困难和电池的长期稳定性降低。无机p型半导体如CuI[6]和CuSCN[7]、有机/无机空穴传输材料如spiro-OMeTAD[8]和聚3-己基噻吩(P3HT)[9]、电子导电聚合物如聚吡咯[10]和聚苯胺[11]等固态电解质,克服了液态电解质挥发和泄漏等问题。但是,固态电解质的电荷传输率低及其与光阳极之间的接触性能差等缺陷限制了电池的光电转化效率的提高。准固态的凝胶聚合物电解质的蒸汽压低、可塑性强、电导率高并对多孔光阳极的渗透性高等特点,使其可解决常规液态电解质稳定性差的问题,且能克服固态电解质与电极界面接触差的缺陷,成为DSSC中的研究热点[12,13,14,15,16]

1973年Wright[17]教授发现,碱金属盐可与极性的聚氧化乙烯(PEO)分子络合并具有一定的电导率。于是,PEO基的聚合物电解质广泛应用于锂离子电池和DSSC[13,18~20]中,成为DSSC中应用最早、最经典的聚合物电解质。但是,PEO聚合物较高的结晶度使其形成的聚合物电解质的室温电导率(10-7~10-5 S·cm-1)有待提高。聚合物电解质的改性方法包括:化学共聚、化学交联、物理共混和无机填料填充等。其中聚合物共混一方面利用共混组分削弱聚合物基体分子链的规整度,降低聚合物的结晶度从而提高聚合物电解质的电导率;另一方面利用共混组分各自的特点,简便、快捷地得到更加宽泛的材料性能。这是一种低廉、有效并具有商业化前景的材料设计和制备手段。共混组分的选择决定共混物的材料性能。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是一种低毒、环保、稳定性好且易加工成型的非离子型聚合物。PVP分子含有极性酞胺基团,分子内的氧、氮配位原子易与周围的化合物发生络合作用。目前,PVP与碘络合生成的PVP·I2已作为碘的缓释剂广泛应用于医疗卫生领域[21,22,23]

典型的DSSC的工作原理包括:1)染料分子受光激发;2)激发态染料将电子注入到TiO2导带;3)TiO2导带中的光生电子一方面扩散到导电玻璃完成收集,另一方面向氧化态的电解质或染料分子复合;4)电解质中的导电离子迁移使染料还原再生。电解质是DSSC的一个重要组成部分,起还原再生染料和电荷传输的作用,是制约DSSC光电性能的重要因素。因此,电解质与电池光电性能的关联问题引起了广泛的关注[24,25,26,27,28,29]。Lindquist S.E.研究了电解质中的导电离子对DSSC界面能及电池性能的影响[24];电解质中阳离子的种类[25]、导电离子I-与I3-的比例[27]以及溶剂[28]和添加剂[29]等对电池光电性能的影响也相继报道。在上述工作基础上,本文将PVP和常用的聚环氧乙烷(PEO)共混作为胶凝剂,制备一种新型的(PEO-PVP)/LiI/I2聚合物凝胶电解质,通过共混改善聚合物电解质电导率的同时将PVP对碘盐良好的溶解性及其环保性引入到电解质中,并基于该凝胶电解质组装成准固态的敏化太阳电池,着重研究聚合物电解质中导电物质的含量(LiI和I2的含量,二者比例一定的情况下)与电池性能的关系,从电解质的导电性能和界面电荷复合动力学等方面研究导电物质的含量对DSSC光电性能的影响。

1 实验方法

1.1 材料的制备

实验用原料:聚环氧乙烷(PEO,平均分子量Mw=1×105),聚乙烯吡咯烷酮(PVP,Mw=1×104),碳酸丙烯酯(PC,98%),碳酸乙烯酯(EC,99%),乙腈(ACN,99.8%),4-叔丁基吡啶(4-TBP,96%),碘(I2,99.99%),无水碘化锂(LiI,99.99%);TiO2浆料(20 nm,18NR-T)和N719染料(Ruthenium 535-bisTBA);FTO导电玻璃(方块电阻7 Ω,透光率80%),Pt对电极和热封薄膜(Surlyn 1702,25 μm)。

凝胶电解质的制备:将体积比为1:1的碳酸乙酯(EC)和碳酸丙酯(PC)混合液在60℃加热并搅拌均匀作为溶剂;加入一定量的 LiI,I2和4-叔丁基吡啶(4-TBP),搅拌使其充分溶解;然后向其中添加质量比为1:1的聚环氧乙烷(PEO)和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)作为凝胶剂,密封并在60℃恒温搅拌12 h;最后在室温放置24 h得到透明均一的凝胶电解质。凝胶电解质的组成:4-TBP为0.5 mol·L-1;聚合物(PEO+PVP)的质量分数为6%;五种凝胶电解质中导电物质(LiI+I2)的质量分数分别为2%,5%,10%,15%和20%,其中LiI和I2的摩尔浓度比为10:1。

光阳极的制备和电池的组装:将TiO2浆料旋涂在洗净的导电玻璃上,调节旋涂仪转速控制甩出膜的厚度,在450℃烧结2 h得到厚度约为10 μm的TiO2膜;将TiO2膜在80℃加热0.5 h以除去膜内水分,趁热置于含有3×10-4 M-1 N719染料的无水乙醇溶液中,在室温下避光敏化24 h得到TiO2光阳极。用“回”字型热封膜将光阳极四周围住,在中间镂空部分填充经过60℃加热并分散均匀的凝胶电解质,趁热将Pt电极轻压在光阳极上,然后将“三明治”式的电池在100℃的热台上加热2~4 min,组装成准固态的敏化太阳电池。

1.2 材料性能的表征

在室温下用紫外-可见分光光度计(岛津3700)测试凝胶电解质在200~800 nm的吸光度。为了单纯表征电解质中导电离子的吸收性能,测试中所用的参照液为不含导电物质LiI和I2,且其它成份比例和稀释倍数与各自测试液相同的溶液。

在两块对称的铂片电极其间填充凝胶电解质,密封组装成Pt/电解质/Pt结构的化学电池,使用加热台和水浴控温调节化学电池中电解质的温度,使用Autolab电化学工作站对上述两电极体系的Pt/电解质/Pt化学电池进行电化学测试,其中循环伏安(CV)测试的电位扫描范围为-1~1 V,扫描速率为0.1 V·s-1,循环次数为50次;稳态线性扫描的电位为-1-1 V,扫描速率为0.05 V·s-1;交流阻抗(EIS)测试的频率为0.01 Hz-1 MHz, 正弦扰幅为±10 mV。

用带450 W氙灯的Newport太阳能模拟系统测试电池的J-V特性,由Keithley 2400数字源表提供外置电压并进行数据采集。电池的受光面积为0.4 cm×0.4 cm。测试前用NREL型标准硅电池校准入射光强。分别测试电池在光照和暗态条件下的J-V曲线。

使用电化学工作站测试电池的交流阻抗(EIS),工作电极为电池的光阳极,辅助电极和参比电极为电池的Pt电极,测试环境为暗态,外置偏压范围为0.4~0.8 V,测试的偏压间隔为0.05 V,阻抗频率0.01 Hz-1 MHz, 正弦扰幅为±10 mV,扫描步长50 mV。使用Zview软件拟合电池的EIS阻抗谱。

2 结果和讨论

2.1 电解质的吸光度

由电解质的紫外-可见吸收光谱(图1a)可见,五种不同导电物质含量的凝胶电解质在230 nm处均出现I-的特征吸收峰,而常规的以乙腈为溶剂的液态电解质通常在220 nm处出现I-的特征吸收峰[30]。此处凝胶电解质的吸收峰相比液态电解质出现一定红移,可能是I-与凝胶电解质中聚合物分子之间的络合作用造成的。五种凝胶电解质在293和362 nm处均出现I3-的特征吸收峰[30],而在460 nm处(对应I2的特征吸收)没出现吸收峰,说明凝胶电解质中的I2全部转化成了I3-,该凝胶电解质中的导电离子对是I-/I3-图1a上角的插图显示,随着电解质中导电物质含量(LiI和I2的质量百分比)的提高电解质在230 nm处(I-的吸收)和293 nm处(I3-的吸收)的吸收峰强度均线性提高。由于吸收峰强度与实际导电离子的摩尔浓度成正比,说明在考虑电解质组分混溶体积变化的情况下该电解质中实际导电离子的浓度(I-和I3-的摩尔浓度)与导电物质的配制浓度(LiI和I2的含量)基本保持一致,并且五种电解质中I-与I3-之间的比例相同。

图1   凝胶电解质的吸收光谱,插图为电解质在230 nm(对应I-的吸收)和293 nm(对应I3-)处的吸收强度随导电物质含量的变化关系

Fig.1   Absorption spectra of the gel electrolytes. Insert is the relationship between the absorption intensity at 230 nm and 293 nm and the conductive species contents

2.2 电解质的氧化还原性能

用组装Pt/凝胶电解质/Pt化学电池表征电解质中导电离子的电化学活性,图2给出了测得的凝胶电解质的循环伏安(CV)曲线。在单个循环内,五种电解质均在0.6 V电位处发生I-的氧化反应:3I--2e=I3-;在-0.6 V电位处发生I3-的还原反应:I3-+2e=3I-,说明电解质中I-/I3-的氧化还原反应活性良好。经过50次循环后CV曲线基本没有变化,说明电解质的氧化还原可逆性高。

图2   凝胶电解质的循环伏安曲线

Fig.2   Cyclic voltammetry curves of the gel electrolytes

2.3 电解质中导电离子的扩散性能

在Pt/凝胶电解质/Pt的化学电池体系中电极界面处离子的氧化还原过程较快,电解质的导电性能由电解质中离子的扩散过程决定。图3中的稳态线性扫描曲线表明,随着扫描电势的增大法拉第电流逐渐增大,当电势达到一定值时Pt电极表面反应物的浓度降为零,电解质中的离子扩散通量达到最大,此时对应着离子的极限扩散电流(Ilim)。由于电解质中I-的浓度远大于I3-,Ilim主要受限于I3-的扩散。由公式(1)可计算I3-的表观扩散系数(Dapp)[31],五种凝胶电解质的扩散系数在图4中给出。

Dapp=Ilim×d2nFC(1)

式中n为每摩尔分子(I2)发生反应时转移的电子数;F为法拉第常数;C表示电活性物种(I3-)的初始摩尔浓度,本线性扫描实验中d=0.6 cm,n=2,五种电解质的C值分别为0.011,0.028,0.059,0.096和0.137 mol·L-1

图3   凝胶电解质的稳态线性扫描曲线

Fig.3   Steady-state linear scanning curves of the gel electrolytes

图4   电解质的离子扩散系数随温度的变化

Fig.4   Plots of the ionic diffusion coefficients of the electrolytes versus the temperature

在导电物质含量相同的条件下,随着温度的提高电解质的极限扩散电流逐渐增大,I3-的扩散系数随之增大,这是温度提高引起的电解质内能增加和体系中聚合物分子链段运动能力增强所致。在同一温度下,随着导电物质含量的提高电解质的极限扩散电流逐渐增大,因为导电物质含量的提高使I3-扩散通量增大,从而使极限扩散电流增大;另一方面,电解质中I3-的扩散系数随着导电物质含量增加反而逐渐下降,因为I3-浓度的提高抑制了自身的扩散。

2.4 电解质的离子导电性能

图5给出了不同温度下凝胶电解质的Nyquist阻抗谱图。由Nyquist谱图得到电解质的本体电阻(Rb),根据公式 σ=d/SRb(EIS实验中电极间距d=50 μm;电极面积S=1 cm2)计算出电解质的离子电导率(σ),σ随温度的变化在图6a中给出。与液态相比,凝胶电解质的Rb值偏大导致其σ值比液态偏低,但是总体上凝胶电解质的电导率达到10-3 S·cm-1以上,满足高性能电池对电解质导电性能的要求。随着温度的提高五种电解质的本体电阻均逐渐下降,电解质的离子电导率随之逐渐增大。在同一温度下,随着导电物质含量的提高电解质的离子电导率呈现出逐渐增大趋势。图6b表明,“lnσ-1/T”函数关系曲线均表现为一直线,验证了离子电导率与温度之间满足Arrhenius方程关系[18],说明在该凝胶电解质中导电物质含量的不同只影响电解质的电导率值,并不影响电解质的离子导电机制。

图5   电解质的Nyquist阻抗谱图

Fig.5   Nyquist impedance spectroscopy of the gel electrolytes

图6   电解质的离子电导率与温度的关系

Fig.6   Relationship between ionic conductivity of gel electrolytes and temperature: σ versus T (a) and lnσ versus 1000/T (b)

2.5 电池的光电性能

电池在光照和暗态下的J -V曲线如图7所示,其光电参数列于表1图7b表明,随着导电物质含量的提高暗态J -V曲线中电流的衰减逐渐加快,电池的暗电流逐渐增大。其原因是,导电物质含量的提高使I3-的浓度增加(图1),而电池暗电流的主要来源之一就是由TiO2导带上的电子向电解质中的I3-复合。I3-的浓度提高可能使TiO2/电解质界面电子的复合几率增大,从而使暗电流增大。

图7   电池在光照(a)和暗态(b)条件下的室温J-V曲线

Fig.7   The J-V curves of the DSSC under light (a) and dark (b) conditions at room temperature

表1   室温(30℃)下凝胶电解质的导电性能及其电池的光电性能参数

Table 1   Parameters of ionic conductivity of gel electrolyte and the photovoltaic performance of the DSSC at room-temperature (30℃)

Conductive species contentsIlim
/mA·cm-2
Dapp×10-4 /cm2·s-1Rb
σ ×10-3
/S·cm-1
Voc/VJsc/mA·cm-2ff / %η / %Rs
at 0.7 V
RPt
at 0.7 V
Rct
at 0.7 V
2 %1.812.58427.71.400.7457.558.13.829.4200.8462.5
5 %4.532.49214.92.790.7278.355.34.029.251.3167.0
10 %5.191.3579.67.530.70510.562.45.327.62.2127.4
15 %5.320.9360.89.860.68511.161.75.627.31.993.2
20 %5.430.5732.618.400.61910.763.35.025.01.155.9

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电池的光电参数与导电物质含量的关系,如图8a~c所示。图8a表明,随着导电物质含量的提高电池的开路电压(Voc)逐渐减小。其原因是,随着导电物质含量的提高电解质中I3-的浓度逐渐增大(图1)。而根据公式(2)[32],当TiO2上的注入电流(Iinj)和电子浓度(ncb)一定时电池的开路电压(Voc)与I3-的浓度([I3-])呈反比,I3-浓度的提高导致电池的开路电压逐渐减小。

图8   DSSC的开路电压Voc、短路电流Jsc以及(c)光电转化效率η随电解质中的导电物质含量的变化

Fig.8   The relationship between the photoelectric parameters of the DSSC (a) Voc, (b) Jsc and (c) η and the conductive species contents in the electrolytes

式中Voc为电池的开路电压;k为玻尔兹曼常数;T为体系温度;e为元电荷;Iinj为从染料到TiO2导带的注入电流;ncb为TiO2表面的电子浓度;[I3-]为电解质中I3-的浓度。

图8b表明,电池的短路电流(Jsc)随着导电物质含量的增加先增大后减小。其原因是,导电物质含量的提高使电解质的离子电导率逐渐增大,使电池短路电流的增大;导电物质含量的提高也使电池的暗电流逐渐增大(图7b)。而根据公式[33]Jsc=Jinj-J0,当TiO2上的注入电流(Jinj)一定暗电流j0的增大将造成电池短路电流Jsc相应减小。这表明,当导电物质含量较低(<15%)时,由于电解质的电导率较小(1.40~9.86 mS·cm-1),电池的短路电流受电解质的导电性能制约,这时导电物质含量增加使得电导率增大,电池的短路电流随之增大最后达到一个最大值;当导电物质含量较高(>15%)时电解质具有较高的电导率(9.86~18.40 mS·cm-1),电池的光电流受电解质导电性能的影响有限,而暗电流对其的影响成为主导因素。此时导电物质含量的增加导致暗电流增大,电池的短路电流相应减小。因此,短路电流随着导电物质含量的提高呈现出先增大后减小趋势。

图8c表明,随着导电物质含量的提高电池的光电转化效率(η)先逐渐增大,当导电物质含量增加到15%时电池效率达到最大值5.6%,含量继续提高则电池效率开始下降。这一变化趋势,是上述电池的开路电压和短路电流的变化共同造成的。另外,电池的填充因子(ff )达到60%左右,表明凝胶电解质对光阳极的渗透性能良好。

2.6 电池中的界面电荷复合动力学

为了揭示上述电池光电参数变化的本质原因,采用频域响应的EIS阻抗谱技术,以外置偏压为参量,系统研究了TiO2上光生电子的复合动力学过程。所采用的等效电路如图9a~b所示,其中Rs为电池的串联电阻;RPt和CPE1分别代表Pt电极/电解质界面处的电子复合电阻和化学电容;Rct和CPE2分别代表TiO2电极/电解质界面处的电子复合电阻和化学电容;Zw代表导电离子在电解质中的扩散电阻。电池在不同偏压下经等效电路拟合后的Nyquist阻抗谱如图9c~h所示,拟合后的参数值列于表1。在0.4~0.6 V偏压下电池的Nyquist阻抗谱主要由高频段Pt电极/电解质界面形成的第一个圆弧和低频段TiO2电极/电解质界面形成的第二个圆弧构成,且随着偏压的增加两段圆弧对应的两个界面越来越明显;与之相比,当在0.7~0.8 V的高偏压时Nyquist阻抗谱中除了前面的两段圆弧以外出现了由电解质扩散形成的第三个圆弧。

图9   0.4 V~0.6 V和0.7 V~0.8 V偏压下电池的等效电路图以及不同偏压下DSSC的Nyquist阻抗图

Fig.9   Equivalent circuit diagrams for the DSSC under the potential of 0.4 V~0.6 V (a) and 0.7 V~0.8 V (b); Nyquist impedance spectroscopy of the DSSC based on the polymer gel electrolytes with different conductive species contents (c~h)

随着外置电压的增大电池中TiO2电极/电解质界面处的电子复合电阻(Rct值)均逐渐减小[34,35],如图10a所示。界面复合电阻随偏压的变化关系,可由公式(3)来描述[34]。外置偏压增加引起的电子驱动力的增大使TiO2上电子的迁移更容易,促进了TiO2上光生电子向电解质中I3-的转移,导致界面转移(复合)电阻减小。在同一偏压下,随着导电物质含量的提高TiO2上光生电子向电解质中I3-的复合电阻逐渐减小,电子复合的几率和比例增大,由此产生的暗电流随之增大,这是电池暗电流随导电物质含量变化的本质原因。将公式(3)两边取对数得到公式(4),根据公式(4)和由图10b中拟合的“lnRct-V”直线的斜率得到:室温25℃下不同导电物质含量的电池中,TiO2/电解质界面处的电子复合因子(α)分别为:0.44(2%),0.40(5%),0.37(10%),0.35(15%)和0.28(20%),即:随着导电物质含量的提高电子复合因子逐渐减小,复合反应阻力减小,其界面电子复合过程变得更加容易。上述由导电物质含量引起的界面复合动力学的变化,是造成电池光电性能变化的直接原因。

Rct=Rct0exp-αeVkT(3)

lnRct=-αekTV+lnRct0(4)

式中 Rct0为外加偏压为0时的电子复合电阻;α为电子复合因子;V为外置电压;k为玻尔兹曼常数;T为体系温度。

图10   电池中TiO2/电解质界面电子复合电阻与偏压的关系和线性拟合线

Fig.10   Relationship between the interfacial electron recombination resistance of TiO2/electrolyte and the potential: Rct versus V (a) and lnRct versus V (b)

3 结论

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚环氧乙烷(PEO)为胶凝剂制备共混型的(PEO-PVP)/LiI/I2凝胶电解质并组装成准固态的敏化太阳电池(DSSC),导电物质的含量影响电解质的导电性能和TiO2/电解质的界面电子复合动力学,从而影响DSSC的光电性能。随着导电物质含量的提高TiO2的光生电子与电解质中I3-之间的复合电阻和复合反应因子逐渐减小,复合反应更加容易,暗电流增大,使电池的开路电压(Voc)逐渐减小。当导电物质含量较低(<15%)时电解质的电导率较小,电池的短路电流(Jsc)受电解质的导电性能控制,这时导电物质含量提高引起的电导率增大使Jsc值增大;当导电物质含量较高(>15%)时电池中较大的暗电流(j0)成为影响Jsc的主导因素,此时由导电物质含量提高引起的j0值增大使Jsc值相应减小。光电压和光电流综合变化的结果使电池的光电转化效率(η)随着导电物质含量的提高先增加后减小,并在含量为15%时达到最佳值5.6%。

The authors have declared that no competing interests exist.


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