钼基化合物的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究

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染料敏化太阳能电池(dye sensitized solar cells,DSSCs)具有原料成本低、制备工艺简单、光电转换效率高等优势。对电极作为DSSCs的不可或缺的组成部分,其导电性及发生在其表面的还原I3-的反应速率都极大地影响着DSSCs的效率。因此,开发廉价、高催化活性和优良导电性的对电极对于DSSCs成本的降低和效率的提高具有重大意义。本课题研究了钼基化合物的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用。以MoCl5为前驱体,采用两步法,通过控制Ni(NO3)2·3H2O的添加量,200oC水热12 h,500oC退火制备了Mo O2、Mo O3及Mo O2@Mo O3。Mo O2@Mo O3获得的传荷电阻为6.68Ωcm~2,优于同等条件下的Pt(10.07Ωcm~2)。在DSSCs中,这三种钼氧化物对电极组装的DSSCs分别取得了17.15 m A cm-2、15.50 m A cm-2和18.09 m A cm-2的短路电流,以及7.13%、6.70%和7.22%的光电转换效率,均优于同等条件下的Pt(13.14 m A cm-2,6.46%)。以金属盐Fe(NO3)2·9H2O、Bi(NO3)2·5H2O、Ni(NO3)2·3H2O和Na2Mo O4为前驱体,苯酚和甲醛为碳前躯体,三嵌共聚物F127为结构导向剂,乙酸为p H调节剂,通过软模板法在800oC下合成了Mo2C/MC、Bi/Mo2C/MC和Mo C/Mo2C/MC。这三种钼基化合物具有良好的电催化活性,分别取得了6.63Ωcm~2、4.73Ωcm~2和8.64Ωcm~2的传荷电阻,均优于同等条件下的Pt对电极(10.07Ωcm~2)。作为对电极材料在DSSCs中分别取得了17.10 m A cm-2、18.11 m A cm-2和15.13 m A cm-2的短路电流和7.29%、8.06%和7.01%的光电转换效率,均优于同等条件下的Pt对电极(13.14 m A cm-2,6.46%)。以Fe(NO3)3·9H2O、Bi(NO3)3·5H2O、Co(NO3)2·6H2O和Na2Mo O4为前驱体,通过水热法分别在200oC、60oC和180oC条件下水热得到双金属氧化物Fe Mo O4,Bi2Mo O6和Co Mo O4。其中,Fe Mo O4具有良好的电催化活性,其传荷电阻为36.53Ωcm~2,作为对电极在DSSCs中取得的短路电流为15.77 m A cm-2,光电转换效率为5.87%,可与同等条件下的Pt(13.14 m A cm-2,6.46%)相媲美。钼基化合物对电极具有优异的电催化活性和电化学稳定性,应用于DSSCs中具有与Pt相媲美的电催化活性和光电转换效率,这为DSSCs的商业化应用提供了广阔的发展前景。
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