第11期 吴旭苹等：染料敏化太阳能电池中多孔电极制备及性能 ·1543· 0.25 16 a ◆Vxm-23 b Vsc:Vmm-5:6 14 0.20 m:1 01s V云m-43 10 8 6 3 400 500 600 700 800 23 5:6117:643 波长hm 图3光阳极脱附液的吸光度()及光阳极的染料吸附量(b) Fig.3 Absorbance of desorption liquids (a)and dye-adsorption of photo-anodes (b) 脱附液均在波长为512nm处达到最大吸光度， 100 根据已知浓度的染料和脱附液吸光度，利用式(1) m-23 7m-56 和式(2)可求出二氧化钛薄膜的染料吸附量，见 80 m1:1 m-76 图3(b) Vec:=4:3 60 根据式(3)可以计算出薄膜的粗糙度如表2所示. 40 表2光阳极薄膜的粗糙度 Table 2 Roughness of photo-anode thin films 20 VEc:VIWT 2:35:61:1 7:64:3 粗糙度 373 512 871 754674 400 500 600 700 800 波长加m 从图3和表2可以看出：当Vc:Vr<1时，随 图4二氧化钛薄膜的漫反射谱 着乙二醇含量的增加，二氧化钛薄膜的粗糙度增加， Fig.4 Diffuse reflection spectra of nano-Ti0 thin films 即薄膜的孔隙率增加，染料的吸附量也随之增大：当 积和薄膜孔隙率的影响，其变化趋势与二氧化钛薄 Vc:Vr=1时染料吸附量达到最大.乙二醇含量继 膜的粗糙度和染料吸附量的变化相对应 续增大，孔隙率的继续增加反而降低了二氧化钛薄 2.5乙二醇添加量对电子复合的影响 膜的粗糙度和染料的吸附量. 向染料敏化太阳能电池施加较高的偏压 2.4二氧化钛薄膜的漫反射谱 (0.8V)时，Ti0,导带中含有较多的自由电子，电子 当太阳光的光束透过导电玻璃时，在二氧化钛 的扩散阻抗可以认为近似等于零.在所测的阻抗谱 薄膜中进行反射、散射和传输.一般来说，入射光在 图上，可以看到代表对电极/电解液界面的小圆弧和 薄膜中分散并返回表面的部分被称作漫反射.漫反 代表氧化钛/电解液界面的大圆弧，利用ZSimp Win 射光谱能有效揭示样品的散射能力W.为了研究二 软件采用如图5中所示的等效电路回对所得的到交 氧化钛薄膜对光的吸收和传输情况，测试相同厚度 流阻抗图谱进行拟合，得出各部分的值.等效电路 不同乙二醇含量的二氧化钛薄膜在350~800nm波 中第一部分代表导电玻璃和二氧化钛之间的界面转 长范围内的吸收系数，通过计算得到二氧化钛薄膜 移电阻(Romo,）,C:代表导电玻璃和二氧化钛膜 在可见光范围内的漫反射谱，如图4所示. 界面的容抗：第二部分代表二氧化钛与电解质界面 从图4可以看出，在相同波长下当Vc:Vr=1 的电子传输(Zw1)和复合电阻(Rc),Ce代表二氧 时二氧化钛薄膜的漫反射率最大.当Vc:Vr<1 化钛和电解质界面的容抗；第三部分代表I在电解 时，乙二醇含量的增加使得二氧化钛薄膜的孔隙率 质中的扩散阻抗(Z2):第四部分代表电解质和对 增加，光在薄膜中的反射、折射及传输路径增多，增 电极之间的阻抗(RcE),Ce代表电解质和对电极界 加了光阳极对光的吸收.当乙二醇含量继续增大 面的容抗. 时，孔隙的过多反而使薄膜中二氧化钛颗粒的比表 从表3可以看到电子在二氧化钛薄膜中的电子 面积降低，光在薄膜中的散射能力也降低.光在二 扩散电阻和复合电阻随着乙二醇含量改变的变化情 氧化钛薄膜中的散射能力受二氧化钛颗粒的比表面 况.当乙二醇含量较小(Vc:Vr<1:1)时，随着乙第 11 期 吴旭苹等: 染料敏化太阳能电池中多孔电极制备及性能 图 3 光阳极脱附液的吸光度( a) 及光阳极的染料吸附量( b) Fig． 3 Absorbance of desorption liquids ( a) and dye-adsorption of photo-anodes ( b) 脱附液均在波长为 512 nm 处达到最大吸光度， 根据已知浓度的染料和脱附液吸光度，利用式( 1) 和式( 2) 可求出二氧化钛薄膜的染料吸附量，见 图 3( b) ． 根据式( 3) 可以计算出薄膜的粗糙度如表2 所示． 表 2 光阳极薄膜的粗糙度 Table 2 Ｒoughness of photo-anode thin films VEG ∶ VTBT 2∶ 3 5∶ 6 1∶ 1 7∶ 6 4∶ 3 粗糙度 373 512 871 754 674 从图 3 和表 2 可以看出: 当 VEG ∶ VTBT ＜ 1时，随 着乙二醇含量的增加，二氧化钛薄膜的粗糙度增加， 即薄膜的孔隙率增加，染料的吸附量也随之增大; 当 VEG∶ VTBT = 1时染料吸附量达到最大． 乙二醇含量继 续增大，孔隙率的继续增加反而降低了二氧化钛薄 膜的粗糙度和染料的吸附量． 2. 4 二氧化钛薄膜的漫反射谱 当太阳光的光束透过导电玻璃时，在二氧化钛 薄膜中进行反射、散射和传输． 一般来说，入射光在 薄膜中分散并返回表面的部分被称作漫反射． 漫反 射光谱能有效揭示样品的散射能力［8］． 为了研究二 氧化钛薄膜对光的吸收和传输情况，测试相同厚度 不同乙二醇含量的二氧化钛薄膜在 350 ～ 800 nm 波 长范围内的吸收系数，通过计算得到二氧化钛薄膜 在可见光范围内的漫反射谱，如图 4 所示． 从图 4 可以看出，在相同波长下当 VEG ∶ VTBT = 1 时二氧化钛薄膜的漫反射率最大． 当 VEG ∶ VTBT ＜ 1 时，乙二醇含量的增加使得二氧化钛薄膜的孔隙率 增加，光在薄膜中的反射、折射及传输路径增多，增 加了光阳极对光的吸收． 当乙二醇含量继续增大 时，孔隙的过多反而使薄膜中二氧化钛颗粒的比表 面积降低，光在薄膜中的散射能力也降低． 光在二 氧化钛薄膜中的散射能力受二氧化钛颗粒的比表面 图 4 二氧化钛薄膜的漫反射谱 Fig． 4 Diffuse reflection spectra of nano-TiO2 thin films 积和薄膜孔隙率的影响，其变化趋势与二氧化钛薄 膜的粗糙度和染料吸附量的变化相对应． 2. 5 乙二醇添加量对电子复合的影响 向染 料 敏 化 太 阳 能 电 池 施 加 较 高 的 偏 压 ( 0. 8 V) 时，TiO2导带中含有较多的自由电子，电子 的扩散阻抗可以认为近似等于零． 在所测的阻抗谱 图上，可以看到代表对电极/电解液界面的小圆弧和 代表氧化钛/电解液界面的大圆弧，利用 ZSimpWin 软件采用如图5 中所示的等效电路［9］对所得的到交 流阻抗图谱进行拟合，得出各部分的值． 等效电路 中第一部分代表导电玻璃和二氧化钛之间的界面转 移电阻( ＲFTO/ TiO2 ) ，CPE1代表导电玻璃和二氧化钛膜 界面的容抗; 第二部分代表二氧化钛与电解质界面 的电子传输( ZW1 ) 和复合电阻( ＲＲEC ) ，CPE3代表二氧 化钛和电解质界面的容抗; 第三部分代表 I － 3 在电解 质中的扩散阻抗( ZW2 ) ; 第四部分代表电解质和对 电极之间的阻抗( ＲCE ) ，CPE2代表电解质和对电极界 面的容抗． 从表 3 可以看到电子在二氧化钛薄膜中的电子 扩散电阻和复合电阻随着乙二醇含量改变的变化情 况． 当乙二醇含量较小( VEG ∶ VTBT ＜ 1∶ 1) 时，随着乙 · 3451 ·