稀土掺杂的染料敏化太阳能电池电化学阻抗测试

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1、稀土掺杂的染料敏化太阳能电池电化学阻抗测试一、实验目的：1.了解TiCh纳米晶光电化学电池的工作原理和电子传输路径。2.掌握制作染料敏化太阳能电池的方法。3.掌握用阻抗谱测试电化学池电子传输的方法，用模拟线路对所得数据进行模拟，定量得到阻抗数据。二、实验原理：染料敏化太阳能电池DSSC主要由四部分组成：TiO?光阳极、染料、氧化还原电解液、对电极。TiCh是染料吸附的载体和光电子传输通道，决定DSSC的光电转换效率的关键。电化学阻抗谱是研究介面电阻有效的方法之一，它可以显示DSSC中的电子传输过程，大范围的频率可以同时测得每个电化学

2、步骤的内阻。DSSC是一个又儿个界面的复杂系统。电化学阻抗谱(EIS)可以研究光阳极的电子传输和复合，钠对电极的电子转移过程和产的扩散常熟。通常情况下，低频区(0.05-lHz)的阻抗对应于屯解液中P/F的能斯特扩散，高频区(lKJOOKHz)对应于PtlI37I界面的电容和电子转移电阻，中频区(1-lKHz)的相应则对应于光阳极■染料1卩/「电解液界面，这里聚集着光电子和氧化还原梭子。三、实验仪器与药品BAS1OOB电化学工作站、太阳光模拟器AM1.5、磁力搅拌器、电热鼓风干燥箱、FTO导屯玻璃、X射线衍射仪N719、Deguss

3、aP25>I2>LiL无水乙醇、乙月青、叔丁醇、硝酸锂、硝酸德、硝酸餌、乙二胺四乙酸(EDTA)、氟化钠四、实验步骤1、合成NaYF4：Yb3+/Er3+微米晶：在合成过程中，将Ln(NO3)3(Ln=Y,Yb,andEr)水溶液和1mmol的EDTA分散到10mL的去离子水中，并且搅拌30分钟，形成Ln-EDTA螯合物。然后将氟化钠的水溶液逐渐滴加到上述混合液中，搅拌30分钟。混合物被转移到50mL的水热釜屮在160°C反应。然后冷却到室温，最终的产物通过离心收集。2、制备光阳极和DSSC电池组装:将NaYF4：Yb3+/Er3+

4、微米晶与TiO2(DegussaP25)混合后加入3mL的TiO2溶胶，通过加入不同质星的NaYF4：Yb3+/Er3+微米晶配置不同浓度的浆料。采用刮涂方法将浆料涂到清洗过的FTO导电玻璃上，在450°C焙烧1小时，得到稀土掺杂的光阳极。电极的厚度大约为10微米。然后将电极浸入到0.5mM的N719染料中保存48小时，使染料分了在阳极膜表面达到物理饱和吸附。然后与制备好的钳对屯极用双面胶连接，并用环氧树脂粘在一起，组装成DSSCo五、实验结果与讨论光电化学电池的电化学阻抗谱(EIS)35Z7Ohm图1、纯Ti02电池和TiO2-N

5、aYF4:Yb3+/Er3+电池的能斯特曲线。插入图是太阳能电池的FTO

6、TiO2-dye

7、I37I■

8、

9、Pt

10、FTO界面的等效电路图。表1、使用图1中插入的等效电路图拟合得到的复合太阳能电池的阻抗参数。DSSCsRs/QC

11、/FRi/QYol/SB/sl/2R2/QCPE纯TiO229.890.0001130.31510.050360.570615.870.00337TiO2-NaYF4:Yb3+/Er3+31.63.96IE-50.64780.051520.748623.120.003121图1和表I是等效屯路拟合得到的阻抗谱和

12、阻抗数据，从这些数据可以看岀,当把稀土掺杂到染料敏化太阳能电池的光阳极中，由于稀土的不导电性，将导致光阳极的阻抗增大，不利于电子的传输。也将影响电池的效率。六、实验总结TiCh应具有以下特点：具有较高的比表面积，吸附量大，光电流高；粒了间相互连接，使屯极电阻降低，以降低光屯流的损失；由无序排列的TiO2纳米晶粒子组成的电极，粒子易发生聚集而形成电子复合中心，而空洞多为微孔，不利用光电子的传输和染料的吸附，而有序的TiO2光电极具有较高的比表面积和均一介孔，而没有的缺点，另外将稀土掺杂到染料敏化太阳能电池中，虽然增大了电池的阻抗，但能

13、够提高光的捕获率，是一个竞争的结杲。