染料敏化太阳能电池导电聚合物对电极催化机理研究

染料敏化太阳能电池（DSSC）中的对电极起着催化电解质氧化还原电对和传输外电路电子的作用，其性能直接影响着器件的光电转换效率。传统载铂对电极由于铂金属价格昂贵及其在电解质中的长期稳定性差限制了DSSC的大规模生产。合成新型的对电极材料对DSSC的开发具有重要意义。导电聚合物在DSSC中作为对电极材料有良好的催化性能，且具有结构多样性、易加工性和易于制备柔性电极的优点。本项目拟开展DSSC导电聚合物对电极的研究，通过不同聚合方法和不同聚合条件得到不同微结构的对电极,研究其对氧化还原电对催化行为的影响，结合电化学阻抗法和循环伏安法等技术，深入理解导电聚合物的催化行为，阐明导电聚合物对电极对氧化还原电对的催化机理，并设计合成高效、稳定及廉价染料敏化太阳能对电极，全面评价导电聚合物对电极在染料敏化太阳能电池中的应用潜力和前景。

染料敏化太阳能电池的对电极起着催化电解质氧化还原电对和输运外电路电子的作用，因而其性能将直接影响着电池的光电转换效率。传统的载铂对电极由于铂金属昂贵及其在含碘氧化还原对电解质中的长期稳定性差限制了其在染料敏化太阳能电池的进一步发展。导电聚合物在染料敏化太阳能电池中作为载铂对电极替代材料有着良好的催化性能，且具有结构多样性、易加工性及易用于柔性衬底的优点。本项目围绕染料敏化太阳能电池高性能导电聚合物对电极开展了三个主要方面的研究：（1）电化学沉积制备导电聚吡咯对电极及其催化性能研究。研究结果表明不同电化学沉积手段所制备的导电聚吡咯薄膜具有不同的微观结构与形貌；在电化学聚合过程中，可以通过控制加入的支持电解质的阴离子来掺杂聚吡咯，从而获得不同阴离子掺杂的导电聚吡咯薄膜；制备的聚吡咯薄膜形貌及微观结构与掺杂的阴离子有着密切关系；采用有机阴离子掺杂的聚吡咯呈现出良好的机械性能和多孔性，同时，有机阴离子掺杂的聚吡咯对电极对I3-/I-氧化还原电对的也表现出高的催化性能。（2）聚吡咯/还原氧化石墨烯复合薄膜对电极的低温制备及催化性能研究。在电化学沉积吡咯的过程中，加入氧化石墨烯作为掺杂对离子，可以简便得到聚吡咯/还原氧化石墨烯复合薄膜，所得到的复合薄膜具有高导电性、高比表面积，对I3-/I-氧化还原电对表现出与载铂对电极相近的催化性能。采用此方法所制备的柔性对电极组装的全柔染料敏化太阳能电池光电转换效率可达4.25%。（3）低温固态聚合法制备高性能聚噻吩导电聚合物对电极的研究。设计及合成了新型的2,5-二溴-3,4-乙烯二氧噻吩单体（DBEDOT）和2,5-二碘-3,4-乙烯二氧噻吩单体（DIEDOT），在大气环境下，采用固态热聚合的方法，得到了对氧化还原电对（I3-/I-）高催化性能的聚噻吩薄膜。聚噻吩薄膜的催化性能与聚合浓度、聚合时间、膜厚等参数密切相关；此外，溴离子掺杂的聚噻吩薄膜对电极比碘离子掺杂的薄膜对电极具有高的催化性能和光电转换效率；由于聚合可以在80°C进行，因而可应用于制备柔性聚合物对电极；基于固态聚合法制备的柔性聚噻吩对电极的全柔染料敏化太阳能电池光电转换效率可达4.76%。. 通过本项目的系统研究，为发展高效、廉价的染料敏化太阳能导电聚合物对电极材料提供了实验依据和制备途径。