楊亞輝，侯武嬌，占發(fā)琦

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Keggin型磷鎢酸復(fù)合TiO2染料敏化太陽電池的制備及性能

楊亞輝1，侯武嬌2，占發(fā)琦2

(1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，長沙 410128；2. 中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，長沙 410083)

采用浸漬負(fù)載法制備Keggin型磷鎢酸(PW12)-TiO2粉體，再與TiO2混合，通過刮涂法得到PW12/TiO2薄膜。利用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、X射線衍射(XRD)、紫外?可見吸收光譜等分析PW12/TiO2薄膜的形貌、光吸收性質(zhì)，并以D102為染料敏化組裝成太陽電池，對其光電轉(zhuǎn)化性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明：PW12-TiO2粉體平均粒徑為20 nm，TiO2為銳鈦礦型，通過兩步法制備的PW12/TiO2薄膜保持磷鎢酸結(jié)構(gòu)不變；磷鎢酸的引入不僅沒有改變TiO2薄膜的形貌和結(jié)構(gòu)，反而促進(jìn)了電子在薄膜內(nèi)部的傳輸和電子空穴的分離，降低了電子在薄膜中傳輸阻力，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)PW12質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.3%時，由PW12/TiO2薄膜組裝的DSSC最大短路電流密度(SC)為9.52 mA/cm2，最高總能量轉(zhuǎn)換效率()為3.5%。

磷鎢酸；二氧化鈦；染料敏化太陽電池；復(fù)合薄膜

染料敏化太陽電池(DSSC)以其優(yōu)良的光電轉(zhuǎn)換效率和低廉的成本在科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用方面成為研究熱點(diǎn)[1?5]。自20世紀(jì)80年代，瑞士洛桑高工的研究小組就開始研究DSSC，并于1991年以TiO2納米晶多孔薄膜作為負(fù)級，多吡啶釕配合物為敏化劑，碘基電解質(zhì)，從而獲得了突破性進(jìn)展[6]。到目前為止，效果最佳的DSSC仍是采用類似的結(jié)構(gòu)，即TiO2納米晶粒薄膜為光陽極、釕系配合物為染料[7]。納米晶粒薄膜的晶粒大小合適、比表面積大、吸附染料多，但是納米顆粒無序排列，電子傳輸緩慢，增大了電子空穴復(fù)合幾率，導(dǎo)致光生電流和電池效率降低。

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，Keggin型磷鎢酸(H3PW12O40，簡寫PW12)可作為良好的電子受體，且獲得多個電子后自身結(jié)構(gòu)不被破壞，受紫外光激發(fā)發(fā)生還原反應(yīng)變成雜多藍(lán)。磷鎢酸能促進(jìn)電子傳輸，減少電子空穴復(fù)合，且與磷鎢酸的加入量有關(guān)。SUN等[8]研究了不同量的Keggin型磷鎢酸和Dawson型磷鎢酸加入對TiO2薄膜電極的光電性能影響，與同等條件下純TiO2薄膜相比，當(dāng)磷鎢酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75%時，短路電流和總效率都有提高；當(dāng)磷鎢酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在7.5%反而會有抑制作用。然而這種方法制備的薄膜光電效率偏低，最佳效率分別為0.13%和0.07%。為了提高TiO2納米晶粒薄膜的電子傳輸能力及避免昂貴的釕系配合物染料，通過磷鎢酸復(fù)合改變TiO2納米晶粒薄膜的電子傳輸性質(zhì)，有望提高染料敏化太陽電池性能。WANG等[9]采用溶膠凝膠法制備磷鎢酸復(fù)合粉體，在TiCl4處理后的基底制備薄膜，采用N719作染料制備成DSSC，研究表明適量的磷鎢酸粉體加入對電池開路電壓提高、抑制電子復(fù)合增加電子壽命有積極作用，電池效率最大提高了23%。WANG等[10]采用層層自組裝法制備摻雜磷鎢酸的TiO2薄膜同時用TiCl4處理，染料敏化后以此為光陽極制備DSSC，電池效率比未摻雜提高了20%。

盡管Keggin型磷鎢酸是良好的電子傳輸體，和TiO2復(fù)合可以促進(jìn)電子在薄膜內(nèi)部的傳輸，減少電子空穴復(fù)合，然而磷鎢酸直接加入會嚴(yán)重影響染料在TiO2表面的吸附，導(dǎo)致太陽電池性能的下降?；诖?，本文作者采用兩步法制備PW12/TiO2復(fù)合膜，首先采用浸漬負(fù)載法制備PW12-TiO2粉體，再以PW12-TiO2粉體形式復(fù)合到TiO2薄膜中，不僅充分發(fā)揮磷鎢酸的傳輸電子作用，促進(jìn)電子的有效注入，還可解決染料吸附的問題，從而提高DSSC的性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 PW12-TiO2粉體的制備

根據(jù)文獻(xiàn)[11]用浸漬法合成H3PW12O40-TiO2復(fù)合粉體(以下簡寫PW12-TiO2)，合成步驟如下：稱取0.3 g PW12溶解到20 mL去離子水中，在60 ℃攪拌下加入2 g P25，繼續(xù)加熱到蒸干，在100 ℃烘1 h，然后置于馬弗爐中250 ℃煅燒3 h，升溫速度是2 ℃/min，得到PW12-TiO2粉體。粉體中H3PW12O40與TiO2理論摩爾比為0.4%，PW12在粉體中的理論質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.1%。

1.2 PW12/TiO2薄膜的制備

TiO2薄膜采用刮涂法，漿料制備過程參照文獻(xiàn)[12?16]略有調(diào)整如下：稱質(zhì)量為0.35 g的P25，取0.7 mL去離子水為溶劑，0.35 mL乙酸作分散劑，添加0.35 mL曲拉通作粘結(jié)劑，0.15 g聚乙二醇(PEG)20000作造孔劑，0.5 mL乙酰丙酮阻止團(tuán)聚，用玻璃棒混合均勻，再以350 r/min的速度球磨5 h將漿料完全混合得到漿料。然后用刮涂法將球磨好的漿料刮涂在清洗好的FTO玻璃上，用25 μm厚的膠帶控制涂覆薄膜厚度。室溫下干燥30 min，然后置于馬弗爐中450 ℃煅燒1 h。PW12復(fù)合TiO2薄膜(以下簡寫PW12/TiO2)制備方法與純TiO2薄膜類似，PW12-TiO2粉體和P25按質(zhì)量比1:9、1:6、1:5和1:3分別加入，其他步驟相同，得到不同復(fù)合量的PW12/TiO2薄膜，PW12在PW12-TiO2粉體和P25中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.3%、3.3%、4.6%和5.8%，標(biāo)記為PW12/TiO2-X。對比試驗(yàn)采用PW12直接復(fù)合TiO2，稱取PW12和TiO2質(zhì)量分別為0.012 mg和0.338 mg，其他步驟完全一致，使PW12在PW12和TiO2中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.3%,記為PW12-3.3%。

1.3 基于PW12/TiO2薄膜的DSSC的組裝

煅燒后的TiO2薄膜在80 ℃左右時取出，迅速浸于0.5 mmol/L的D102乙醇溶液中，室溫密封避光24 h，使復(fù)合膜充分吸附D102染料，即完成復(fù)合薄膜染料的敏化。24 h后取出薄膜用乙醇沖洗表面多余的未吸附的染料，于80℃干燥得到光陽極。為保證電池的工作面積為0.5 cm×0.5 cm的矩形面積，多余的部分刮去。對電極采用鉑電極，乙醇洗凈后和TiO2薄膜通過熱封膜完成一個三明治型電池的組裝。兩電極稍微錯開，再用夾子將兩電極夾緊。電解質(zhì)溶液為含有0.3 mol/L 1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘鹽(DMPII)，0.5 mol/L碘化鋰(LiI)，0.05 mol/L 碘(I2)及 0.5 mol/L 4-叔基吡啶(TBP)的乙腈溶液。測試時將電解質(zhì)溶液用注射器注入到所組裝電池的電極邊緣，電解質(zhì)溶液在毛細(xì)管力的作用下很快滲入兩電極之間并均勻鋪展。

2 結(jié)果與討論

2.1 PW12-TiO2粉體的表征

圖1所示為PW12-TiO2粉體紅外譜。從圖1可以看出，TiO2在800~400 cm?1有寬吸收峰對應(yīng)Ti—O鍵的振動，位于1600 cm?1吸收峰是由O—H振動導(dǎo)致，在3500~3000 cm?1的大吸收峰是由羥基的振動和表面吸附水引起的。PW12的特征峰非常明顯，在798 cm?1、890 cm?1、985 cm?1和1080 cm?1有很強(qiáng)的吸收峰，分別對應(yīng)橋氧形成的W—Ob—W，三金屬簇中的W—Oc—W，端氧形成的W=Od以及中心雜原子P—Oa鍵。浸漬法得到的PW12-TiO2粉體紅外峰圖譜得知，在982 cm?1、1080 cm?1仍有吸收峰，但是沒有顯示808 cm?1、890 cm?1特征峰，這歸因于TiO2的400~800 cm?1寬峰的覆蓋作用；PW12-TiO2的寬峰向長波數(shù)方向移動，覆蓋到400~900 cm?1，原因是PW12的存在使得吸收峰增強(qiáng)。結(jié)果表明PW12-TiO2粉體中，PW12結(jié)構(gòu)仍然保持。由此可知，TiO2表面大量的羥基能和磷鎢酸形成氫鍵，因而PW12和TiO2能夠結(jié)合緊密。

圖1 TiO2、PW12和PW12-TiO2的紅外譜

表1 TiO2、PW12、PW12-TiO2主要的紅外特征峰

圖2所示為TiO2粉體和PW12-TiO2粉體的XRD譜。從圖中可以看出，三者都有兩種晶型的TiO2。TiO2在2為25.281°、37.933°、48.375°、53.886°、55.294°、62.726°、68.997°的衍射峰，對應(yīng)著銳鈦礦型TiO2(JCPDS卡片01?0562)的(101)、(103)、(200)、(105)、(213)、(116)晶面。2為27.44°、36.09°、39.20°、41.25°、54.34°、56.64°出現(xiàn)的衍射峰分別與紅金石型TiO2(JCPDS卡片65?0190)的(110)、(101)、(200)、(111)、(211)、(220)晶面特征衍射峰完全吻合。這是因?yàn)镻25是由70%的銳鈦礦和30%金紅石型組成。但是PW12-TiO2粉體XRD中并沒有PW12的特征衍射峰，原因可能是PW12的含量太低，與TiO2的摩爾比理論值僅為0.4%。

圖2 TiO2粉體、WO3-TiO2粉體的XRD譜

為了對PW12-TiO2粉體的組成做進(jìn)一步的分析，對樣品進(jìn)行了能譜測試。圖3所示為PW12-TiO2粉體的EDS譜。經(jīng)過計算，PW12-TiO2中各原子摩爾分?jǐn)?shù)如圖3所示，根據(jù)Ti和P的摩爾分?jǐn)?shù)，可以計算PW12與TiO2摩爾比約為0.32%，這與理論值0.4%非常接近。

圖3 PW12-TiO2粉體的EDS譜圖

為進(jìn)一步確定制備的粉體是否含有磷鎢酸，對復(fù)合粉體進(jìn)行了X射線光電子能譜分析。它可以分析含量在1%的樣品，且能確定樣品所含的元素價態(tài)。

圖4所示為PW12復(fù)合粉體的Ti、W、P、O的XPS譜。Ti2p在464.78 eV和459.08 eV各有一個峰，和文獻(xiàn)[17]報道的TiO2一致，說明粉體中Ti4+的存在。W4f的W4f5/2和W4f7/2兩個峰分別在36.08 eV和37.98 eV，和文獻(xiàn)[17]中的35.53 eV和37.6 eV 非常接近，與沒有復(fù)合的磷鎢酸相比有一定的紅移，這也說明PW12-TiO2粉體中有W6+存在。P2p峰在133.98 eV，與文獻(xiàn)[18]報道的133.6 eV基本一致。O1s峰在530.18 eV，與文獻(xiàn)[12]報道的磷鎢酸摻雜TiO2納米片的O1s峰530.92 eV基本一致，這是源于磷鎢酸和二氧化鈦中的O元素。以上結(jié)果說明PW12-TiO2粉體中存在P、W、Ti元素，且都以最高價態(tài)(P5+、W6+、Ti4+)存在。同時也側(cè)面證明了復(fù)合粉體中磷鎢酸的存在，并且說明磷鎢酸與TiO2結(jié)合緊密。

圖4 PW12-TiO2粉體的XPS譜

取適量的復(fù)合粉體在無水乙醇中超聲20~30 min后，滴在銅網(wǎng)上烘干用高倍透射電鏡進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)表征。圖5所示為PW12-TiO2粉體的TEM及HRTEM像。從圖5(a)可看出，PW12-TiO2復(fù)合粉體為球形顆粒，直徑在20 nm左右，從圖中很難看出磷鎢酸的存在以及與TiO2的復(fù)合方式。從圖5(b)中可以看到清晰的晶格條紋，選中矩形區(qū)域c利用TEM軟件進(jìn)行傅里葉轉(zhuǎn)化后，得到FFT圖如圖5(c)所示，計算得到兩晶格條紋間距為0.350 nm，對應(yīng)銳鈦礦的(101)晶面間距。由于PW12-TiO2復(fù)合粉體中磷鎢酸含量較少，因此很難在一個區(qū)域找到兩種物質(zhì)。如圖5(d)所示，在其他區(qū)域發(fā)現(xiàn)明顯的晶格條紋，選中矩形區(qū)域e通過TEM軟件進(jìn)行傅里葉轉(zhuǎn)化后，得到FFT圖如圖5(e)所示，計算得到兩晶格條紋間距為0.463 nm，遠(yuǎn)大于TiO2所有的晶面間距，而與12-磷鎢酸的(208)晶面間距接近。因此，HRTEM像進(jìn)一步印證了PW12-TiO2復(fù)合粉體存在兩種物質(zhì)，可推斷磷鎢酸均勻分布在TiO2的表面。

圖5 PW12-TiO2粉體的TEM和HRTEM像

2.2 PW12/TiO2薄膜的表征

圖6所示為不同復(fù)合量的PW12/TiO2薄膜的SEM正面圖與截面圖。圖6(a)所示為純TiO2薄膜的SEM圖，可以看到得到的TiO2薄膜疏松多孔，有利于染料的吸附，薄膜的厚度可以從圖6(d)得到，約為12 μm。圖6(b)和(c)所示分別為PW12/TiO2-3.3%薄膜、PW12/TiO2-5.8%薄膜，形貌與純TiO2薄膜基本一致，為疏松多孔的納米顆粒。圖6(e)所示為PW12/TiO2-3.3%截面圖，薄膜厚度與純TiO2薄膜相仿，約為12 μm。

圖6 不同復(fù)合量的PW12/TiO2薄膜的SEM像

圖7所示為純TiO2薄膜、PW12/TiO2-3.3%薄膜與TiO2粉末的XRD譜。純TiO2薄膜和PW12/TiO2薄膜圖譜在2為25.35°、37.78°、48.08°、53.92°、55.11°、62.73°有強(qiáng)衍射峰，分別對應(yīng)銳鈦礦型TiO2(JCPDS卡片04?0477)的(101)、(004)、(200)、(105)、(211)、(204)。另外金紅石型(110)晶面在27.44°對應(yīng)的峰值以及(211)晶面在54.34°對應(yīng)的峰值明顯減弱，(101)晶面在36.09°對應(yīng)的峰值以及(200)晶面在39.20°對應(yīng)的峰值幾乎消失。同時在26.5°、51.5°、65.8°出現(xiàn)新的衍射峰，這是薄膜基底FTO摻氟的二氧化錫(SnO2)的XRD衍射峰值。

圖7 純TiO2、PW12/TiO2-3.3%薄膜與TiO2粉末的XRD譜

圖8所示為不同復(fù)合量的PW12/TiO2薄膜的紫外?可見吸收譜以及吸附染料后的紫外?可見吸收譜。從圖8(a)可以得知，磷鎢酸復(fù)合后TiO2薄膜在230~400 nm紫外光區(qū)吸收基本沒有變化；PW12/TiO2薄膜在400~850 nm光區(qū)范圍吸收有增強(qiáng)。圖8(b)所示為純TiO2薄膜、PW12/TiO2-3.3%薄膜與對比試驗(yàn)組PW12-3.3%薄膜吸附染料后的紫外?可見漫反射譜。與圖8(a)所示染料敏化前的光吸收譜直接對比可知，吸附染料后薄膜在230~350 nm和650~850 nm紫外?可見漫反射沒有很大變化；在400~650 nm內(nèi)吸收明顯增強(qiáng)，說明染料敏化后的薄膜在此區(qū)域有很強(qiáng)的光吸收。這主要是吸附在TiO2表面的染料的作用，染料的敏化增加了薄膜對可見光的光響應(yīng)。由圖8(b)可知，PW12/TiO2薄膜敏化后光吸收低于純TiO2薄膜，原因可能是TiO2表面正電性，D102為含羧基染料和TiO2結(jié)合緊密；然而磷鎢酸含有的陰離子使得PW12/TiO2薄膜中磷鎢酸和TiO2先結(jié)合，占據(jù)了部分活性位點(diǎn)，導(dǎo)致PW12/TiO2薄膜對染料吸附減少，因而吸附染料后PW12/TiO2薄膜對光吸收略有降低。對比試驗(yàn)組PW12-3.3%薄膜吸附D102染料后的紫外?可見漫反射譜發(fā)現(xiàn)，該薄膜的光吸光率與純TiO2、PW12/TiO2-3.3%相比明顯降低。這說明直接加入PW12降低了D102染料在TiO2的吸附，而以PW12-TiO2形式加入PW12制備的PW12/TiO2薄膜有效減小了PW12對染料在TiO2吸附的負(fù)面影響。

圖8 不同復(fù)合量的PW12/TiO2薄膜及其在染料敏化后的紫外?可見吸收光譜

2.3 DSSC性能測試與分析

將制備的純TiO2、PW12/TiO2薄膜經(jīng)過染料D102浸泡24 h后，組裝成DSSC。電池的有效工作面積為0.5 cm×0.5 cm，進(jìn)行光電性能測試。

圖9所示為不同復(fù)合量PW12/TiO2薄膜組裝的電池的Ⅰ?Ⅴ曲線，計算得到各性能參數(shù)見表2。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在以不同復(fù)合量的PW12/TiO2薄膜組裝的DSSC中，當(dāng)PW12復(fù)合量為3.3%時，電池的總能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最佳值=3.5%，短路電流SC=9.52 mA/cm2，開路電壓OC=0.629 V，填充因子F=0.59。同時也發(fā)現(xiàn)，在研究范圍內(nèi)隨著PW12復(fù)合量的增加，開路電壓和純TiO2相比基本一致，略有0.01~0.03 V的降低。當(dāng)PW12復(fù)合量小于4.6%時，隨著PW12復(fù)合量的增加，短路電流皆有提高。這一方面是因?yàn)樽贤?可見光吸收增強(qiáng)，另一方面是因?yàn)門iO2導(dǎo)帶略高于PW12最高未占據(jù)軌道，PW12能夠有效地接收染料與TiO2導(dǎo)帶的電子。由于染料將光生電子傳到TiO2導(dǎo)帶，PW12能快速接受電子，使得空穴仍留在染料價帶中，提高了電子向電極的有效注入，因此促進(jìn)了電子在薄膜內(nèi)部的傳輸和電子空穴的分離，從而提高了短路電流和電池能量轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)PW12復(fù)合量達(dá)到5.8%時，DSSC的短路電流明顯降低，原因可能是過量的PW12從電子傳遞過渡介質(zhì)變?yōu)殡娮硬东@材料，使得一定時間內(nèi)大量光生電子被迫停留在PW12中[8]；另外，過多的PW12使得染料吸附嚴(yán)重減少，對光響應(yīng)降低。

圖9 不同薄膜組裝的DSSC的Ⅰ?Ⅴ特性曲線

表2 不同復(fù)合量的PW12/TiO2薄膜基DSSC的性能參數(shù)

光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE,IPC)是入射單色光子?電子轉(zhuǎn)化效率，主要取決于3個方面：光吸收效率、電子注入效率和電子收集效率，衡量電池對全部入射光的光電轉(zhuǎn)換效率有重要意義。圖10所示為不同復(fù)合量的PW12/TiO2組裝的DSSC與純TiO2薄膜組裝的DSSC的IPCE曲線。從圖10可以看出，當(dāng)PW12復(fù)合量在0~4.6%時，在330 nm和480 nm附近峰值都有提高，PW12復(fù)合量為3.3%時達(dá)到最大，約15%。IPCE由光捕獲效率(LH)、電子注入效率(inj)和電子收集效率(c)3個參量共同決定，即IPC=LH?inj?c[19]。從吸附染料后薄膜的光吸收性質(zhì)來看，薄膜的光捕獲效率略有下降，因此光電轉(zhuǎn)換效率的提高應(yīng)該歸因于電子注入和電子收集效率提高[20]。而當(dāng)PW12復(fù)合量繼續(xù)增加達(dá)到5.8%時，IPCE峰值有略微下降。此結(jié)果與電池的Ⅰ?Ⅴ曲線對應(yīng)，說明PW12復(fù)合量在0~4.6%時電流密度的增加是由于電池入射單色光光電效率的提高；而PW12復(fù)合量大于5.8%時則會降低電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

圖10 不同薄膜組裝的DSSC的IPCE曲線

EIS是用來研究不同界面電子傳輸性能非常有用的手段，為了進(jìn)一步研究復(fù)合薄膜組裝的電池的內(nèi)部電子傳輸性能，進(jìn)行了電池的電化學(xué)交流阻抗測試(EIS)，測試結(jié)果如圖11所示。電池中主要的3個電荷轉(zhuǎn)移為位于高頻區(qū)區(qū)域的對電極Pt表面的電化學(xué)反應(yīng)過程、位于中頻區(qū)的吸附染料的TiO2與電解質(zhì)界面處的電荷轉(zhuǎn)移過程以及位于低頻區(qū)的電解質(zhì)擴(kuò)散過程[21?24]，且半圓弧尺寸越大，對應(yīng)的電阻越大[25]。在本測試頻率內(nèi)，無法獲知低頻區(qū)圖譜。從圖11可看出，電池的阻抗圖譜只有一個半圓弧，可以知道對電極界面電子傳輸較快，不是主要的速率控制步驟，因此沒有明顯的半圓??；中頻區(qū)對應(yīng)的半圓弧，表明在測試頻率范圍內(nèi)，TiO2/Dye/電解質(zhì)的電荷轉(zhuǎn)移過程為主要的速率控制步驟[26?27]。采用軟件Zviewer進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，根據(jù)數(shù)據(jù)選擇合適的等效電路模型，如圖12所示。

圖11 不同薄膜組裝的DSSC的交流阻抗圖譜

圖12 DSSC電池內(nèi)部的等效電路模型結(jié)構(gòu)圖

圖11所示為不同復(fù)合量PW12/TiO2薄膜組裝的電池的EIS譜。當(dāng)PW12復(fù)合量小于4.6%時，PW12-TiO2復(fù)合粉體的加入使得DSSC的TiO2/Dye/電解質(zhì)界面處的電阻大幅度降低，幅度范圍為60~100 Ω；在PW12復(fù)合量為3.3%時，阻抗弧半徑最小，電子在顆粒薄膜內(nèi)傳輸?shù)淖杩棺钚?，說明PW12促進(jìn)了薄膜中電子傳輸，降低了電子在薄膜中傳輸阻力，有利于電池整體的電子收集，因而提高了短路電流，電池效率最高。當(dāng)PW12復(fù)合量達(dá)到5.8%時，阻抗半圓弧反而增大，說明過量的PW12抑制了電子的傳輸，導(dǎo)致短路電流降低。

表3 不同復(fù)合量的PW12/TiO2薄膜基DSSC的交流阻抗擬合參數(shù)

3 結(jié)論

1) 采用負(fù)載浸漬法制備了PW12-TiO2復(fù)合粉體，PW12的Keggin結(jié)構(gòu)保持良好，且PW12沒有改變TiO2顆粒的納米尺寸和銳鈦礦晶型，PW12和TiO2表面羥基形成氫鍵緊密結(jié)合。

2) 將PW12-TiO2粉體復(fù)合到TiO2薄膜，有效減小PW12直接加入降低染料吸附的影響，促進(jìn)了電子在薄膜內(nèi)部的傳輸和電子空穴的分離，降低了電子在薄膜中傳輸阻力，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率和能量轉(zhuǎn)換效率。

3) 當(dāng)PW12復(fù)合量在0~4.6%時，電池開路電壓基本保持不變，短路電流密度有較大提高。當(dāng)PW12復(fù)合量為3.3%時，=3.5%，SC=9.52 mA/cm2，OC=0.629 V，F(xiàn)=0.59，比相同條件下純TiO2提高了75%。

REFERENCES

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Fabrication and performance of dye-sensitized solar cells base on Keggin phosphotungstic acid-TiO2composite

YANG Ya-hui1, HOU Wu-jiao2, ZHAN Fa-qi2

(1. College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;2. School of Chemistry and Chemical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

PW12-TiO2powders were prepared by impregnation methodbase on Keggin phosphotungstic acid(PW12)-TiO2composite. The PW12/TiO2films were fabricated using PW12-TiO2powders mixed with TiO2by doctor-blade method.The morphologies and optical absorption properties of the films were characterized by field emission scanning electron microscopy (FESEM), X-ray diffraction (XRD) and UV-vis spectrum. The performances of D102 dye-sensitized solar cells based on PW12/TiO2films were studied. The results show that the average size of PW12/TiO2powders is 20 nm, TiO2exhibits primarily anatase type, and the PW12/TiO2films prepared by the two-step method keeps the structure of phosphotungstic acid. The introduction of phosphotungstic acid does not change the morphology and structure of TiO2films, but promotes the separation of electrons and holes, reduces the resistance of electron transport in the film, thus improves the photoelectric conversion efficiency of the cell. When the mass fraction of PW12is 3.3%, the maximum short-circuit current density (SC) of DSSC based on PW12/TiO2film is 9.52 mA/cm2, and the maximum total energy conversion efficiency () is 3.5%.

phosphotungstic acid; TiO2; dye-sensitized solar sells; composite

Project(21171175) supported by the National Natural Science Foundation of China

2016-05-31; Accepted date: 2016-07-27

YANG Ya-hui; Tel: +86-731-84617670; E-mail: yangyahui2002@sina.com

1004-0609(2016)-09-1919-10

O614; TB383

A

國家自然科學(xué)基金資助項目(21171175)

2016-05-31；

2016-07-27

楊亞輝，副教授，博士；電話：0731-84617670；E-mail：yangyahui2002@sina.com

(編輯 何學(xué)鋒)