第36卷第11期 北京科技大学学报 Vol.36 No.11 2014年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2014 染料敏化太阳能电池中多孔电极制备及性能 吴旭苹12四，彭冰霜”，刘桂成》，辛秦”，王新东 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)北京首钢吉奏安新材料有限公司，北京102206 3)中国科学院北京纳米能源与系统研究所，北京1000834)北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京100083 ☒通信作者，E-mail:wuxvping@126.com 摘要将喷涂法应用于制备染料敏化太阳能电池光阳极，具有浆料制备简单、易操作、成本低廉等优势.本文以钛酸丁酯和 P25为原料配制浆料，采用喷涂法制备二氧化钛薄膜，选择乙二醇作为造孔剂，探索了乙二醇的最佳加入量.通过对电池一V 曲线，二氧化钛薄膜表面粗糙度、染料吸附量和漫反射谱，以及光阳极的扫描电镜照片和交流阻抗图谱的分析，得到如下结 果：当乙二醇与钛酸丁酯的体积比为1：1时，二氧化钛薄膜的粗糙度最大，即孔隙率和比表面积最大，因此染料吸附量达到 1.47×10-7m%l·cm2,电池性能最好，其中开路电压为0.69V,短路电流为13.0mAcm2,光电转化效率达到5.38%，比不加 造孔剂时增加了将近1倍，此时电子的扩散转移电阻也最小 关键词染料敏化太阳能电池：多孔材料：电极：二氧化钛薄膜：喷涂：光电转化 分类号TM914.4:TB383 Preparation and performance of porous electrodes for dye-sensitized solar cells WU Xu-ping,PENG Bing-shuang,LIU Gui-cheng,XIN Qin,WANG Xin-dong 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Beijing Shougang Gitane New Materials Co.,Lid.,Beijing 102206,China 3)Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystem,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100083,China 4)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:wuxvping@126.com ABSTRACT The spraying method,by which slurry preparation is simple,easy to operate and low cost,was applied to prepare photo-anodes for dye-sensitized solar cells.Nano TiO thin films were prepared by a colloidal spray coating technique,and the spraying slurry mainly included tetra-n-butyl titanate(TBT)and P25.Ethylene glycol (EG)was selected as a pore-forming agent to investigate its optimum addition.Through analyzing the I-V curves of the cells,the roughness,dye adsorption amount and diffuse reflection spec- tra of the thin films,and the scanning electron microscopy images and electrochemical impedance spectra of the photo-anodes,we draw the following conclusions.When the ratio of EG to TBT is 1:I by volume,the thin film reaches the largest surface area,the dye ad- sorption amount is 1.47x10-7 mol-cm2,and the cell has the best performance with the open-eircuit voltage of 0.69V,the short cir- cuit current of 13.0 mA.cm-2,and the photoelectric conversion efficiency of 5.38%.The photoelectric conversion efficiency is nearly two times that without the pore-forming agent,and now the electron transfer resistance is the least. KEY WORDS dye-sensitized solar cells;porous materials:electrodes:silicon dioxide films;spraying:photoelectric conversion 1991年瑞士科学家Gratzel等制备出价格低廉能电池的光电转化效率己到达12.3%0.作为染料 且工艺简单的染料敏化太阳能电池(dye-sensitized 敏化太阳能电池的重要组成部分之一，T02光阳极 solar cells,DSSC),引起世界各国的重视.经过研究 要求有足够大的比表面积、多孔结构以及与染料和 者的不解努力，目前在实验室条件下，染料敏化太阳 氧化还原对匹配的能级结构回.T0,膜的微结构对 收稿日期：2013一1009 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.017:http:/jourals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 11 期 2014 年 11 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 11 Nov． 2014 染料敏化太阳能电池中多孔电极制备及性能 吴旭苹1，2) ，彭冰霜1) ，刘桂成3) ，辛 秦1) ，王新东1，4) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 北京首钢吉泰安新材料有限公司，北京 102206 3) 中国科学院北京纳米能源与系统研究所，北京 100083 4) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083  通信作者，E-mail: wuxvping@ 126． com 摘 要 将喷涂法应用于制备染料敏化太阳能电池光阳极，具有浆料制备简单、易操作、成本低廉等优势． 本文以钛酸丁酯和 P25 为原料配制浆料，采用喷涂法制备二氧化钛薄膜，选择乙二醇作为造孔剂，探索了乙二醇的最佳加入量． 通过对电池 I--V 曲线，二氧化钛薄膜表面粗糙度、染料吸附量和漫反射谱，以及光阳极的扫描电镜照片和交流阻抗图谱的分析，得到如下结 果: 当乙二醇与钛酸丁酯的体积比为 1∶ 1时，二氧化钛薄膜的粗糙度最大，即孔隙率和比表面积最大，因此染料吸附量达到 1. 47 × 10 － 7 mol·cm － 2，电池性能最好，其中开路电压为 0. 69 V，短路电流为 13. 0 mA·cm － 2，光电转化效率达到 5. 38% ，比不加 造孔剂时增加了将近 1 倍，此时电子的扩散转移电阻也最小． 关键词 染料敏化太阳能电池; 多孔材料; 电极; 二氧化钛薄膜; 喷涂; 光电转化 分类号 TM 914. 4; TB 383 Preparation and performance of porous electrodes for dye-sensitized solar cells WU Xu-ping1，2)  ，PENG Bing-shuang1) ，LIU Gui-cheng3) ，XIN Qin1) ，WANG Xin-dong1，4) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Beijing Shougang Gitane New Materials Co． ，Ltd． ，Beijing 102206，China 3) Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystem，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100083，China 4) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: wuxvping@ 126． com ABSTＲACT The spraying method，by which slurry preparation is simple，easy to operate and low cost，was applied to prepare photo-anodes for dye-sensitized solar cells． Nano-TiO2 thin films were prepared by a colloidal spray coating technique，and the spraying slurry mainly included tetra-n-butyl titanate ( TBT) and P25． Ethylene glycol ( EG) was selected as a pore-forming agent to investigate its optimum addition． Through analyzing the I--V curves of the cells，the roughness，dye adsorption amount and diffuse reflection spec￾tra of the thin films，and the scanning electron microscopy images and electrochemical impedance spectra of the photo-anodes，we draw the following conclusions． When the ratio of EG to TBT is 1∶ 1 by volume，the thin film reaches the largest surface area，the dye ad￾sorption amount is 1. 47 × 10 － 7 mol·cm － 2，and the cell has the best performance with the open-circuit voltage of 0. 69 V，the short cir￾cuit current of 13. 0 mA·cm － 2，and the photoelectric conversion efficiency of 5. 38% ． The photoelectric conversion efficiency is nearly two times that without the pore-forming agent，and now the electron transfer resistance is the least． KEY WOＲDS dye-sensitized solar cells; porous materials; electrodes; silicon dioxide films; spraying; photoelectric conversion 收稿日期: 2013--10--09 DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 11． 017; http: / /journals． ustb． edu． cn 1991 年瑞士科学家 Grtzel 等制备出价格低廉 且工艺简单的染料敏化太阳能电池( dye-sensitized solar cells，DSSC) ，引起世界各国的重视． 经过研究 者的不懈努力，目前在实验室条件下，染料敏化太阳 能电池的光电转化效率已到达 12. 3%［1］． 作为染料 敏化太阳能电池的重要组成部分之一，TiO2光阳极 要求有足够大的比表面积、多孔结构以及与染料和 氧化还原对匹配的能级结构［2］． TiO2膜的微结构对