文 | 古梦今说

编辑 | 古梦今说

-＜复合材料与光伏能＞-

近年来，有关可再生能源的研究越来越多。其中，太阳能因其取之不尽，用之不竭，且对环境无毒而特别适合开发。

自从瑞士科学家Michael Grätzel在1991年报告了含有纳米多孔TiO2的转换效率（η）超过7%的DSSC后，染料敏化太阳能电池（DSSC）得到了广泛的关注。

在光伏效率方面，为了实现最大的染料负载，在导电氧化物涂层的玻璃上沉积TiO2纳米颗粒的做法已被广泛研究

接下来，小梦将为你描述环氧树脂石墨烯复合材料，是如何提升敏化太阳能电池光伏性能的。

对于DSSC来说，电子-空穴对的重新结合会降低光伏性能。避免光伏性能下降的方法之一是使用紧密层，它通常被制造在透明导电氧化物（TCO）和半导体之间，以防止在电解质和TCO之间的界面上发生反向电子转移。

此外，适当厚度的紧密层将增加开路电压（VOC），从而导致DSSC的效率提高。

一些金属氧化物材料已经被探索用于紧密层，如TiO2、Nb2O5、In2O3、ZnO、MgO和NiO。

在这些材料中，TiO2致密层受到了广泛的讨论，因为TiO2致密层可以有效地提高TiO2与掺氟氧化锡（FTO）表面的附着力，从而提供更大的TiO2/FTO接触面积，并通过分离导电FTO表面和氧化还原电解质之间的直接接触来减少电子重组。

-＜实验工作＞-

A. 材料

氧化锌靶材购自台湾Ultimate Materials Technology Co., Ltd.。TiO2粉末和钌-535（N3）购自台湾UniRegion生物技术公司。

石墨粉购自台湾Enerage公司。Triton X-100购自PRS Panreac，西班牙。乙酰丙酮（AcAc）、碘化锂（LiI）和4-叔丁基吡啶（TBP）购自美国Sigma-Aldrich。

乙醇购自日本Katayama Chemical。1-丙基-2，3-二甲基咪唑鎓碘化物（DMPII）购自日本东京化学。碘（I2）购自Riedel-deHaen，美国。

B. 氧化石墨烯的合成

GO粉末是通过改良的Hummer技术从石墨粉末中合成的。首先，我们将石墨/硝酸钠（NaNO3）和硫酸（H2SO4）放在一个密封的容器中，然后将KMnO4逐渐加入混合溶液中。

然后，将混合溶液在冰水浴中放置1小时，并搅拌48小时。之后，在混合溶液中加入去离子（D.I.）水，并加入H2O2进行搅拌，并放置24小时。

之后，我们用盐酸（HCl）/H2O的混合溶液（体积比：1/10）来清洗所得到的产品。

此外，沉淀物被D.I.水洗到7.0的pH值，然后冷冻干燥以去除水分，从而获得GO粉末。

最后，将GO粉末加入D.I.水（体积比：100毫克/100毫升），形成混合溶液。

C. 染料敏化太阳能电池的制造

光阳极是一个双层结构，包括ZnO紧密层和TiO2/GO层。纯度为99.99%的氧化锌靶材在Ar和O2的反应性气体混合物中进行溅射，Ar/O2的压力比为9/1。

溅射室的压力被设定为3mTorr，R.F.功率被设定为60W，以在FTO玻璃上制造ZnO紧密层。此外，我们通过旋涂方法将TiO2/GO胶体滴在ZnO紧密层上。

TiO2/GO胶体由3g TiO2粉末、4mL D. I. 水、0.05mL AcAc、0.15mL Triton X-100和2mL GO组成。

接下来，DSSC的活性面积被设定为0.64平方厘米，光阳极在450℃退火30分钟后被浸入3×10-4M的N3染料溶液中24小时。

液体电解质由0.6M的1-丙基-2,3-二甲基咪唑鎓碘化物（DMPII）、0.5M的碘化锂（LiI）、0.05M的碘（I2）和0.5M的4-叔丁基吡啶（TBP）在15mL 3-甲氧基丙腈（MPN）中组成。

此外，DSSC的铂（Pt）对电极是通过在10 sccm的Ar反应气体中进行溅射来制造的，其中溅射室的压力被设定为30 mTorr，R.F.功率被设定为60 W。

最后，光阳极、电解质和铂对电极被组装成一个夹层电池结构。

-＜结果与讨论＞-

A. 不同结构的光阳极的表征

图3显示了不同光阳极结构的顶视SEM显微照片的表面状况。在图3（a）中，观察到ZnO紧密层。ZnO紧密层可以减少发生在电解质和TCO界面上的反向电子转移。

图3（b）显示了均匀地分散在ZnO紧密层上的TiO2薄膜。可以发现，在450℃下退火30分钟后，TiO2颗粒相互结合。

此外，高频阻抗谱中的第一个半圆代表铂（Pt）对电极和电解质（R1）之间的阻抗。

此外，中频阻抗谱中的第二个半圆代表电解液和TiO2薄膜（R2）之间的阻抗[38]。表3显示了不同光阳极的EIS性能。

可以看出，当TiO2/GO的光阳极结构被制造在ZnO的顶部时，R2从50.42Ω下降到7.26Ω，这可以抑制电子-空穴的重组和R2的暗反应[39]。

因此，电子转移得到改善，η得到提高。此外，GO的高比表面积有能力提供电荷传输并减少DSSC的暗反应。