郑州轻工业大学博士论坛2019年第031期—材料与化学工程学院魏巍博士做学术报告

    报告题目：掺杂性导电聚合物作为光敏性太阳能电池器件的研究

　　报告人：魏巍 博士

    报告时间：2019年11月27日? 15:00-16:00

    报告地点：科学校区材化楼218室

    欢迎广大师生踊跃参加！

科技处

    魏巍，男，讲师，博士，2016年2月毕业于韩国-汉阳大学， 能源与化学工程专业，发表SCI学术论文多篇，著作一项。主要研究方向：染料敏化太阳能电池，锂电池和钠电池等电池器件的研究及高分子有机材料。

报告研究背景及主要内容：

    随着目前社会对能源的需求，和传统能源的枯竭，新能源中的电能成为一个主要的研究方向。而从太阳中获得电能也是人类对能源发展中一个重要的科题，染料敏化太阳能电池(dye sensitized solar cells)（DSSCs）是一种新型能源装置,自从报道O’Regan和 M. Gr?zel染料敏化电池有很多优点betway必威：多彩色,技术简单和柔性装置, 低成本和在低入射光的时候甚至能发生光转换效率，已经为一个热点[1-2]。

染料敏化太阳能电池（DSSCs）主要由工作原理模拟植物的光合作用。DSSCs有三个重要部分分别是染料吸附在纳米TiO₂基于透明的玻璃基质作为阳极，I^-/I₃^-氧化还原离子对和有机溶剂作为电解液及其中以铂传导基质作为反电极CE。

反电极CE或也是DSSC的正极。为了实现对电极在 DSSCs 中所起的作用，一般要求对电极具有电子传导率高，面电阻低，比表面积大，电催化活性高，稳定性高等特点及未被染料吸收的太阳光线能够反射回反电极，这将极大的提高光电效率转化效率[3]。目前常采用电势较低的Pt电极，并且铂的稳定性高，氧化还原电势较低并且对I^-具有较高的催化活性，使得它成为DSSC中最早也是最广泛使用的对电极材料。但是在Olsen等人研究报道中，传统的反电极铂Pt有显著的缺点铂容易分解形成PtI₄，并且 Later, X. Mei等人报道沉积在FTO基质铂电极在连续循环下大量溶解[4]。另一个原因铂价格昂贵，资源稀少，为降低成本，需要尽量使用低成本的有机物来替代贵金属铂，制备纳米结构的有机物物可以有效降低使用量，同时不影响其催化性能。所以必须紧迫寻找高效和低成本的反电极代替品。因此寻找新的材料来代替铂是对电极的一个发展方向。而利用高分子聚合物作为反电极应运而生。

导电聚合物反电极成本低且制备工艺简单可以作为替代Pt作为发展的方向。其中Sun等[5]以导电聚苯胺作电活性材料，柔性石墨作导电基片，得到一种柔性复合电极PPANI/FG（聚苯胺／柔性石墨），薄膜厚度330nm。此时的光电转化效率为7.36％。PPANI/FG（复合电极的化学合成过程简单,成本低,光电性能良好。Park等[6]组装低成本的双面DSSCs，对电极是用樟脑磺酸掺杂聚苯胺通过旋涂法涂覆得到，对膜厚度进行优化和热处理。樟脑磺酸掺杂聚苯胺薄膜具有高导电性和良好电活性， 可成功将电子从电极传到外部电路，降低电解质中氧化还原电对，特别适用于双面DSSCs应用。Makris等［7］用聚吡咯（PPy）作为准固态DSSCs的对电极，在恒定电势下用吡咯单体电沉积得到PPy，PPy的厚度为750nm，组装得到DSSCs的光电转换效率为4.6％，使用PPy作为DSSCs的对电极既制备方便经济又高效，是一种优良的反电极材料。虽然上述的导电聚合物都有各自的优点，但是其光电转化效率较低，一直影响其成为反电极Pt主要的替代品。

聚（3,4-乙烯二氧噻吩）Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) PEDOT是最初在80年代后期德国Bayer A.G研究所合成[8-9]。它具有高的电导率，良好的稳定性，并且透明，对I_３^－具有催化活性，用此制备对电极成本低，制备工艺简单，等优点由于该共聚物 的单体EDOT的 3、4 位被双氧次乙基取代，阻止了聚合时噻吩环的α-β连接，双氧次乙基的引入还增加了噻吩环上的电子密度 ，从而降低了单体的氧化电位和聚合物分子的氧化掺杂电位，增强了其在水中的溶解度并使其导电的掺杂状态更稳定[10]。它在可见光性下有高稳定性，移动性，传导性等优点[11]。因为它有π成对结合骨架结构，当PEDOT从中性氧化成氧化物，它的电导稳定性，和光学性能都有明显的改变。并且它的足够的催化性展示出令人满意的氧化反应在 I^-/ I₃^-离子对[12]。PEDOT在有机发光材料和有机太阳能电池等领域具有广阔的应用前景, 并受到很多学者的关注。目前，Lee[13，14]等用化学氧化聚合的方举制备PEDOT掺杂多壁碳纳米管制备的对电极，组装成DSSCs后测得8.08%光电转化效率。Hong等用石墨烯和聚磺苯乙烯掺杂聚（3，4－二氧乙基噻吩）在ITO导电玻璃用化学沉积制得电池对电极，它具有高催化性和导电性，有（１wt%）石墨烯对电极在DSSCs中达到光电转化效率为4.5%。