染料敏化二氧化钛太阳能电池铂对电极的研究

1、摘 要介绍了染料敏化纳米晶薄膜太阳能电池的结构及工作原理,深入探讨了金属铂对电极的制备工艺及其性能研究，为了提高金属铂对电极的转换效率, 对铂对电极的优化和改性方法进行了综述。最后，简单叙述了铂对电极的应用现状及研究进展。关键词：染料敏化纳米晶薄膜太阳能电池；对电极；应用；发展AbtractIntroduced dye sensitized nano crystal thin film solar cell structure and the principle of work, in-depth study of the metal platinum electrode on the pre

2、paration and properties of, in order to improve the metal platinum electrode on the conversion efficiency, the platinum electrode on the optimization and modification methods are reviewed. Finally, a brief description of platinum electrode on the present application situation and research progress o

3、f.Key words: dye sensitized nano crystal thin film solar cell; electrode; application; development第一章 绪论3第二章 对电极的制备工艺及其性能研究52.1 染料敏化TiO2太阳能电池的结构及工作原理52.1.1 DSC的基本结构5工作原理62.2 对电极的分类7铂对电极7金对电极9镍对电极10碳对电极10高分子聚合物对电极12氧化铜对电极122.3不同浓度铂对电极对太阳能电池的影响12实验12实验结果13分析与讨论14第三章铂电极的应用现状及研究发展173.1铂电极在硫化氢间接电解法中的应用17

4、小结18致谢19参考文献20第一章 绪论太阳能电池是在随着人们对可再生能源的努力研究中成为再具有优势的能源之一。它具有可再生，无污染，易推广等优点。传统的能源媒,石油和木材按 目前的消耗速度只能维持五十至一百年。另外,由此所带来的环境污染,也正在威胁着人类赖以生存的地球。而在人类可预测的未来时间内，太阳发射出来的能量很明显是取之不尽，用之不竭的。在我们利用太阳能的时候不会产生任何污染，而且受到的一些限制比如时间，地域等的影响较小。因此太阳能电池利用技术研究引起了各国科学家的广泛重视。太阳内部每时每刻都在发生着核聚变反应，产生巨大的能量，投射到地球大气层之前的功率密度约为1135KW/m2。太阳

5、光进入大气层之后，虽然大气成分和尘埃颗粒的散射以及太阳半衰期寿命还有7*1012年以上。目前，太阳能的利用主要有太阳能电池发电和太阳能热水器。而在一些名胜古迹和公园已经可以见到太阳能路灯，为家庭住宅提供能源的太阳能发电系统已经在发达国家作为示范工程而被推广，用太阳能电池提供动力的汽车和游艇也已经出现在人们的眼前。在太阳能电池中染料敏化二氧化钛太阳能电池具有转化效率高，价格便宜等优点受到广大科学研究者的青睐。近几年来,很多国家已投入大量资金从事太阳能电池的研究和开发工作,用单晶或多晶硅膜制备的太阳能电池其最高效率可达20 %以上,但成本过高。开发低成本光电活性材料,对充分利用太阳能资源有重要意义

6、,目前ZnO、CdS、CdSe、CdTe、Fe2O3、SnO2、TiO2 等许多化合物被用于光电转换。虽然CdSe、CdTe等光电池有一定的应用前景,但它们是剧毒物质,容易对环境带来危害。TiO2 染料敏化电池(Dye - sensitized Solar Cells ,简称DSCs)则彻底摒弃了传统的硅电池工艺, 它的最大优势是廉价的成本以及非常简单的制作工艺,因此有很好的应用前景,其制备与应用研究受到各国学术界的重视,并成为化学和材料科学研究的前沿领域。瑞士M. Gr¾ tzel教授领导的研究小组开发的染料敏化纳米晶TiO2 太阳能电池掀起了太阳能电池研究的一次热潮。经过十几年的

7、迅速发展,现在DSCs电池的最高转换效率已达11. 04 %1 。大面积DSCs电池也有了较好的成果,荷兰国家能源研究所(ECN)制备的大面积DSCs电池其效率分别达到8. 18 % (2. 5cm2 ) 和5. 8 % (100cm2 )。这些成果为DSCs电池的产业化发展提供了可能。但它本身岑在的一些缺陷阻碍了它的进一步发展。以下几个方面是有待进一步研究的：纳米TiO2膜的制备；敏化染料吸收光谱范围；固体空穴传输材料的研究；对电极表面的还原反应。其中，对电极在整个太阳能电池中的作用有如下三点：（1）收集和运输垫子（寄售电池外回路的电子并把它传递给电解质里面的氧化还原电极）；（2）吸附并催化

8、I3-；（3）反射透过光（把从工作电极透过的光反射回光阳极膜，提高太阳光的利用率）。对电极的特性和在其表面发生的氧化还原反应速率极大地影响着电池的性能和效率。为了减少太阳能电池的能量损失，充分利用光阳极上染料所吸收的能量，提高电池的寿命，搞的对电极必须要有高的催化活性、高的比表面、很低的面电阻、高的垫子传导率以及高的稳定性。第二章 对电极的制备工艺及其性能研究2.1 染料敏化TiO2太阳能电池的结构及工作原理 DSC的基本结构DSC结构如图1所示,主要由透明导电基底(TCO) 、纳米多孔TiO2 薄膜、染料、电解质和对电极几部分组成。纳米晶多空薄膜由纳米晶颗粒堆积排列而成，颗粒与颗粒紧密链接，

9、同事颗粒之间又充满孔隙，具有多空看那个极高的比表面积，粗糙因子在1000以下，薄膜附着于导电基底，电解质含有氧化还原对（I3-/I-）,光阳极和对电极通过封装膜粘合成三明治结构，电解质注入其中。电池中的收集和传输主要由导电膜来完成，与之对应的电路模拟图如图2所示。其中R1为电解液与对电极的界面电阻，R2为导电基板以及外电路的电阻，R3为电解液扩散阻抗，三者之和为电池的串联电阻。图一：DSC的基本结构其中R1为电解液与对电极的界面电阻，R2为导电基板以及外电路的电阻，R3为电解液扩散阻抗，三者之和为电池的串联电阻。图二：DSC电路模拟工作原理DSC 的工作过程如下: 光阳极由吸附了染料的半导体多

10、孔材料构成，入射光激发染料分子，处于激发态的染料分子不稳定，发射电子而成为氧化态。 发射出来的电子注入到半导体内并扩散，收集至导电基底后通过外电路到达对电极 电解质中含有氧化还原对，在对电极界面不断接受电子，传输到半导体多孔膜，电子还原处于氧化态的染料分子，由此构成光电化学循环，循环没有任何产物剩余。吸附于TiO2表面的染料分子(S) 受光激发由基态跃迁到激发态(S*) :S TiO2 + hvS* TiO2; （1）激发态染料分子( S* ) 迅速将电子注入到TiO2的导带后，染料分子被氧化:S* S + + e ( TiO2) ; （2）电解质中I 将氧化态染料( S + ) 还原至基态:

11、3I + 2S + TiO2I3 + 2S TiO2; （3）电子e 在纳米晶格中迅速扩散，收集于导电基底，经外电路及负载到达对电极:e 半导体e 导电基底e 外电路e 反电极; （4）在对电极处，电解质中I3 扩散到对电极上并得到电子e 形成I ，并向半导体多孔膜传输:I3 + 2e ( Pt) 3I (5)2.2 对电极的分类对电极按照制备材料的不同大致可以分为2大类：金属对电极、非金属对电极。铂对电极铂是常用的催化剂,因其对I3-具有高催化活性,成为最早用于染料敏化太阳能电池对电极的材料。所以,对于铂对电极2 的研究较多且较完备。（1） 热分解法热分解法3,4 就是把氯铂酸与水、有机溶剂

12、的混合溶液滴加在导电基片上,在加热条件下分解制得光亮的铂镜。用此法所制得的对电极的优点是:制备工艺简单、膜相对均一、呈多孔结构(易吸附较多的电解质) ;因其具有较大的比表面积,形成的铂原子簇可以很好地起到催化的作用,在电极工作时产生较大的交换电流密度,引起的电势损失较小且比较稳定,有望应用到未来的玻璃基DSSC 中。缺点是表面存在很多缺陷,热分解也不能使高价铂完全还原为0 价态,高温易增加导电玻璃的面电阻,无法适用于柔性DSSC。（2） 磁控溅射真空镀法磁控溅射真空镀法的原理是:在高真空(在3 ×10 - 4 Pa条件) 状态下,以铂金片作为激发源,电子在电场的作用下加速飞向基片的过

13、程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击铂靶材，溅射出大量的铂原子，呈中性的铂原子沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞行向基片的过程中受到磁场洛伦磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上,在导电基片表面形成一层铂金膜。磁控溅射模型如图3。图3 磁控溅射模型此法的优点是成本与能耗低、无毒、无废液、无公害,制得的铂金膜较

14、均匀,在基片上的附着力强,也适宜在柔性基片上镀膜。工艺灵活性强，而且各个工艺参数在镀膜过程中可控性好，同时具有很高的稳定性。沉积粒子能量高、活性好、镀膜速率高、薄膜品质较好。膜有光泽但颜色发暗,对透过光的反射性差,由于真空镀膜的随机性,无法生成规则排列的铂金膜,缺陷很多,虽然铂处于0价位,但面电阻很高(电极表面电化学迁移电阻高,电池的短路电流就会降低)。在对电极制备过程中,如果能通过一些技术手段(如控制溅射气压) 把电极的面电阻降低,真空镀膜法也不失为一种较好的DSSC 对电极的制备方法。（3） 电化学镀膜法电化学镀膜法就是先配制合适浓度的电镀液,然后以铂金片作阳极, 导电基片作阴极, 在80

15、 、电流密度为60mA/ cm2的条件下进行电镀。晶粒依电镀时导电基体表面电流方向整齐地生长,在基片导电面上得到光亮的铂镜。电镀过程干扰因素少,不易在膜中引入杂质。用电镀法所制得的铂金膜更均匀、致密,与基片的附着力强,杂质、缺陷少,镜面光亮、反射性能好,膜较厚,高价铂完全被还原为0 价态,操作温度低,面电阻更小,催化效率高。与上述2 种方法相比,唯一的不足就是比表面积较小,导致对电极吸附I3- 少,使铂的催化能力受到一定的限制。电镀法与以上2 种方法相比,在DSSC 铂对电极的制备中更具有优势。在玻璃基DSSC 中,通常用镀铂的FTO 导电玻璃作对电极(Pt/ FTO) ,对I3- 显示出很高

16、的催化活性, 但它的面电阻和在DSSC 中的低填充因子限制了其更广泛的(尤其是在大面积组件中) 应用。为了更进一步提高铂对电极的电性能,人们也尝试用其它方法制备构造不同的铂对电极。林原等研制的Pt/ NiP 对电极,将面阻抗、对透过光反射性、稳定性以及DSSC 的伏安特性曲线与Pt/ FTO 对电极比较,均呈现一定的优越性; Helmut 等用多羟基化和粗氢还原过程获得的铂纳米簇制备出更高电性能的铂对电极。为了适应柔性DSSC 制作,对铂与导电聚合物复合制备柔性对电极的研究也越来越多。但是,铂是贵金属,用它制对电极,必然会提高电池(尤其是在大面积、实用化DSSC 电池组件中) 的成本;同时,铂

17、对电极存在着2 个公认的问题:(1) 液态电解质和电解液对铂的腐蚀; (2) 铂粒与导电基底的粘着力,两者都极大地影响着DSSC 的稳定性。于是,人们在对铂电极进行深入化研究的同时,又把目光转向性能更高、更稳定、制作更简单、成本更低的可替代材料上。金对电极Sapp 等用热蒸镀法制备了金对电极,即先在FTO 导电玻璃上沉积25nm 厚的铬,然后沉积150nm 厚的金。组装DSSC 电池,测试了循环伏安和电子迁移动力学与电极表面的关系,结果表明,金对电极优于铂对电极,测试过程中,金对电极没有出现腐蚀现象。但是,黄金仍属于贵金属类,在用含I- / I3- 电解质组装DSSC 时,测试的电性能还不是很

18、高镍对电极范乐庆等8用电化学镀膜法在室温下制备了镍对电极。采用这种对电极的 DSSC ,其单色光转化效率与用铂作对电极的电池的单色光转化效率接近,但是开路电压有所下降,这是由于镍也能被电解液中的 I3-所腐蚀的缘故。如果能改变电解质的氧化还原成分,使电解质中的物质不与镍发生反应,镍就有可能替代铂,从而达到降低电池成本的目的。采用磁控溅射法在导电基材上制备镍薄膜作 DSSC对电极的工作还未见文献报道,值得尝试。.3其他金属对电极DSSC的研究人员也曾尝试用其他金属材料如钯、不锈钢、铜、铝等作对电极,但它们的电性能都远不及铂对电极。新的金属对电极材料及制备方法有待进一步研究。碳对电极为了提高DSS

19、C 对电极的性能,降低电池的制作成本,科研人员把寻找对电极可替代材料的目光集中在了碳基材料上。碳材料是电的良导体,质轻、 原料易得、 无毒无污染,而且具有很高的抗腐蚀性(不与电解质里面的氧化还原电对反应)和催化活性,是很好的电极材料。目前,碳对电极的研究主要有以下几种。（1） 石墨对电极石墨对电极的制备主要是采用物理涂敷法,再经热处理获得。但石墨属于层状结构,中间界面在一定程度上会限制电子的传导速率;电极制备工艺不成熟,石墨与导电基低粘结不实,也会增大对电极的面电阻,降低石墨对电极的稳定性。（2）碳纳米管对电极碳纳米管有很高的纵向导电性,而且比表面积大,催化活性高,对电解质具有很高的耐腐蚀性,

20、是一种很有前途的对电极材料,因此碳纳米管对电极13有望在今后大面积DSSC模组块中得到应用。2003年Suzuki组分别在导电玻璃和特氟隆薄膜上制备了单壁碳纳米管对电极,对 DSSC 电解质具有很好的催化活性,并且薄膜基的碳纳米管对电极面电阻要比玻璃基的碳纳米管对电极的低4倍;2008 年WonJaeLee组又用喷涂包覆法在 FTO 导电玻璃上制备了复壁碳纳米管对电极,在制备过程中,他们还考察了填充因子、电荷传输阻抗与喷涂时间的关系,用此电极制得的DSSC的能量转换效率达到了7.59%,比单壁碳纳米管电极的性能更高。新泽西理工学院的 Hino.T研究小组开发的DSSC对电极使用了一种碳纳米管复

21、合体,这是一种圆柱型碳分子结构,他们把碳纳米管与碳60的正三十二面体(即富勒烯)结合在一起,尽管碳60正三十二面体不能产生电流,但能捕获电子,阳光的照射将激活聚合体,而碳60正三十二面体将捕获电子,这样一来,纳米管的作用将与导线一样,能够产生电子或电流。把这种碳纳米管复合体电极运用于未来有机太阳能电池也能增强其效能。但是,由于碳纳米管的常规制备技术还不完善,这种对电极还不能得到广泛的研究。（3） 炭黑对电极Imoto 等曾用活性炭、玻碳、石墨、碳黑分别制备对电极,考查了不同条件下这几种对电极的性能,并指出了碳材料的粗糙度(比表面积) 是提高对电极性能的一个重要因素。碳黑有着高的比表面积、高催化

22、活性和对电解质的耐腐蚀性能、制备工艺成熟、便宜易得等优点。相对铂对电极来说,碳黑将是很好的可替代材料。1996年Kay等在石墨中加入20%的碳黑作碳对电极(FTO玻璃基底),利用碳黑的高比表面积来增强电极的催化活性,同时,由于碳黑聚集体填充了石墨结构之间的部分空隙,电极的传导率得到改善,DSSC的光电转换效率就达到了6.67%。2006年Murakami等报道了一种以导电碳黑和TiO2 为原料的新型高性能碳对电极,其能量转换效率达到9.1%,是目前已经报道的性能最好的碳对电极。高性能的碳黑对电极很适宜用于大面积的DSSC 模组块的制备。碳对电极正处于研发阶段,其缺点主要是:对电极制备工艺还不够

23、完善,有高催化活性的多孔碳对电极的膜层较厚(膜厚导致电子传输距离增大),碳材料与导电基低的附着不够致密、牢固从而限制了电子的传输,降低了对电极的稳定性，提高了对电极的电阻。高分子聚合物对电极导电聚合物具有电导率高、质轻、稳定等特点,是一种作电极的好材料。3 ,42二氧乙基噻吩( PEDOT) 就是一种导电聚合物,并且透明度高,Saito 等用它在里面掺杂对甲苯磺酸(TsO),在FTO玻璃上通过旋转镀膜,制备了PEDOT2TsO对电极。它对I3-具有催化活性,比用磁控溅射制备的多孔结构铂电极的性能好。Muto T 等采用柔性ITO2PEN 作为导电基底,用聚(3,4二氧乙基噻吩)掺杂对苯乙烯磺酸

24、(PSS),改进制备方法,制得了半透明的PEDOT2PSS对电极,将柔性DSSC的能量转换效率提高到4.38%。Hayase等的研究表明,使用有机液体、离子液体和离子凝胶等不同的电解液时,PEDOT对电极的性能明显改变。通过优化PEDOT的结构,如孔隙率、厚度、掺杂离子等,搭配合适的电解液,可以进一步提高聚合物对电极的光电性能。氧化铜对电极CuO是一种窄禁带(1.2eV)P型半导体材料,具有较好的光电、化学和催化性能,价格低廉,受到DSSC 研究人员的关注。Anandan等将经过盐酸处理的铜箔放入一定浓度的氨水和NaOH的水溶液中,一段时间后在铜箔表面生成排列整齐的CuO纳米棒,用去离子水冲洗

25、后晾干,得到CuO对电极。用这种方法制备的CuO对电极具有大的比表面积、低的生产成本、良好的催化活性和稳定性。然而,CuO对电极的研究才刚刚开始。2.3不同浓度铂对电极对太阳能电池的影响实验用TEC-8导电玻璃为电池基体方阻为8/sp玻璃在使用之前首先用洗涤液清洗冲洗后依次放入乙醇和丙酮中在超声波中震荡3min玻璃干燥后将具有4mm×8mm方形孔洞的胶带3M易撕型胶带厚度65um贴于玻璃导电面 采用刮涂法制备 TiO2膜 涂膜两层 膜厚大约为14.5um浆料采用商业浆料 涂膜后在150。C下烘干 然后放入炉中在450下随炉升温烧结30min冷却后放入N719染料的无水乙醇溶液中染色约

26、16h。采用热分解法在导电玻璃上制作铂对电极，将不同浓度的铂液滴在洗净的玻璃上面，然后在385下烧结15min。每个浓度试样为块，选取平均值。采用surlyn1702(厚度25um）将两电极在热压机上压合，温度约150，将电解液从玻璃上面的小孔中注入（电解液采用dyesol的EL-HSE），最后采用surlyn601（厚度60um）和薄玻璃片将玻璃上面的孔洞密封。遮光罩采用黑色胶带，在黑色胶带上切出一定尺寸的方孔，贴在电池上防止测试过程的散射光的影响。把做好的电池在暗处放置12h以上，待电池稳定后再放在1000W/m2的模拟太阳光下测试I-V曲线。对电极的表面形貌测试采用的是Zeiss Ult

27、ra 55场发射电子扫描显微镜（SEM）。电化学阻抗谱测试采用的是Zahner ElektrikSIM6阻抗测量系统，测量频率为100mHz100kHz。IPCE是在短路的情况下进行测试的，在无偏光的情况下，用单色光从一个3mm×4mm的孔中入射到电池的光阳极或者对电极。实验结果在一定浓度范围内，随着铂浓度的升高，光从对电极入射时的开路电压先升高后降低，与从光阳极入射呈现出相同的规律，如图4（b）。这是因为当铂浓度过低时没有起到好的催化作用，此时对电极材料的电阻较高故开路电压较低，随着铂浓度的增加，会使电池内部的传输电阻增大，同样会使开路电压下降。图4 铂浓度对电池光电转换效率（a）

28、、开路电压（b）以及短路电流密度（c）的影响对于短路电流，当光从对电极入射时，如图4（），铂浓度低于5mmol/L时电流(ICE)仅有微小的变化，在513.3mmol/L之间呈现出明显的下降趋势，>13.3mmol/L时下降趋势减缓。光从对电极入射时，光通过对电极、电解液到达纳米二氧化钛表面的染料，电解液也会吸收部分光，所有电池除对电极催化剂浓度外其余制作条件均相同，所以电解液的影响也是相同的，在此可以不考虑，正因为如此，光从光阳极入射时的短路电流几乎没有变化（IPE）。铂的浓度过低可能会被电解液中的碘化物溶解，造成电荷转移电阻增大，电池稳定性下降，随着铂浓度的增加，铂电极氧化还原电流的

29、能力逐渐提高，同时其抗极化性也会随之增强，所以短路电流密度随之增加。但是这种提高的程度并不是随着对电极中铂含量的增加而等比例上升。用来衡量电池短路电流的有效方法就是IPCE，而电池的光电转换效率IPCE()是由TiO 薄膜的厚度和光的入射方向共同决定的，当TiO薄膜的厚度相同时，IPCE()影响的因素只有光的入射方向，透光率越小对光子的吸收影响越大，另外随着铂浓度的增加，有一部分铂不能被电池充分利用，会在对电极上产生堆积，因此铂浓度越大以及铂堆积量的增加使得光从对电极入射时的透过率就越小，吸收的光子就越少，这些因素最终导致了电流密度的降低，致使ICE与IPE之间的差值增大，为了均衡这两个方面，

30、所以需要找到最佳的浓度，均达到最佳效果，使电池获得最高的性能。同时也能节约成本，减少不必要的浪费。 因为光电转换效率取决于开路电压和短路电流，所以随着铂浓度的升高，当光从对电极入射时电池的光电转换效率（CE亦先升高后降低，如图1（a），与从光阳极入射呈现出相同的规律，随着铂浓度的增加，PE（光阳极入射时的）与CE之间的差值慢慢增加，当浓度>13.3mmol/L时这种差值的增加趋势开始减慢，当浓度为10mmol/L时，二者都达到了最高的转换效率。分析与讨论.1对电极的表面形貌以及铂浓度对电荷转移电阻（RCE）的影响通过SEM测试可以看到，当铂浓度过高时，对电极表面产生团簇现象，铂颗粒层层堆

31、叠，表面比较杂乱如图5（a），这是因为当对电极铂浓度达到饱和时多余的铂在对电极表面产生了堆积，因此增加了对电极电阻。当铂浓度比较适中时如图（b）所示，铂颗粒比较均匀密集地分布在对电极表面，铂充分发挥了催化作用。而当浓度过低时对电极表面稀疏地分布着铂颗粒且分布不均匀(c)，因此，此时铂不能充分发挥催化剂的作用，电池效率则会下降。采用EIS测试来描述电池对电极表面发生的发应，对比不同铂浓度对电极在铂和电解液界面的电荷转移电阻。用一种常用的等效电路（图6）来描述EIS数据（图7），最后通过拟合即可得出电池各部分的阻抗值，其中Rs 为串联电阻，RCE为对电极表面所发生氧化还原反应时的电荷转移电阻，PE

32、为光阳极电阻，CPECE为对电极电容，CPEPE为光阳极电容，Wdiff电解液中的离子扩散系数。经过拟合后得出不同铂对电极的各个部分阻抗如表所示，可以看出随着铂浓度的变化Rs没有明显的变化。图5 不同铂浓度对电极的表面形貌图6 等效电路图图7 DSSC典型的电化学阻抗谱图（在无偏光，振幅为10mV的条件下测试）对于RCE，当Pt浓度为10mmol/L时，RCE最小，当浓度在13.320mmol/L之间和2.65mmol/L之间时RCE明显增大，浓度过低或者过高都会造成RCE明显增大，因此合适的铂浓度对降低RCE非常有效。铂充当催化剂的角色去还原三碘化物，当铂浓度过大时，有一部分铂不能被充分利用

33、会在对电极上产生堆积，导致对电极电阻增大，影响I3-的还原速率，而当铂浓度过小时，铂不能够充分发挥催化剂的作用，3-的还原速率降低，RCE也会增大。当Pt浓度为10mmol/L时铂发挥了最佳的催化性能，而此时RCE的快速下降证明了3- 的还原速率加快。电池的开路电压和总电压之间关系见公式(6)，其中Vcell为总电压，icell为总电流，Rcell为总电阻：Vcell（icell）VocRcell(i) (6)因此可以结合EIS数据来解释开路电压的变化趋势，电池内对电极电阻增加必然导致电池总电阻的增加，于是过电压升高，再由式(5)，最终致使开路电压降低。开路电压随着RCE的变化趋势，呈现先升高

34、后降低的趋势，当Pt浓度为10mmol/L时，达到顶峰，获得最高的开路电压。铂浓度对短路电流的影响一般来说，用来衡量电池内部稳定光电流的一种有效方法就是IPCE，光电转化效率IPCE（），即入射单色光子电子转化效率，定义为单位时间内外电路中产生的电子数与单位时间内的入射单色光子数之比。即在特定波长下一定量的光子射入电池产生电子的数目。IPCE通常是在短路的情况下进行测试的，因此可以用来有效地衡量电池的短路电流，计算公式如（7）：（） （）/（） (7) 其中，ISC为短路电流密度，DC为光子注入的数目，qe为元电荷，为波长，因为IPCE是与电流成正比关系，所以IPCE值越高，ISC则越大。是由

35、个过程组成，如公式（8），lh（光吸收效率），INJ（电子注入效率）和COL（电子收集效率）。IPCE LHINJCOL (8)在这个过程中，光从对电极入射时，铂浓度和电解液对的影响较大。当光从对电极入射时，通过对电极的玻璃基底后首先通过的就是铂层，铂层会吸收和反射部分入射光，所以铂浓度的选取具有重要的作用。通过IPCE测试证实了这一点，如图8（a）所示，当光从对电极入射时，由于铂浓度增大阻碍了光的吸收，因此随着铂浓度的增加IPCE降低，即短路电流密度就越小，当浓度低于mmol/L时，这种影响变得很小，当浓度在520mmol/L 之间时影响较大，浓度为20mmol/L时的光电转换效率仅为2.6

36、mmol/L时的50%。当光从光阳极入射时（如图8(b)）IPCE几乎没有变化，铂浓度对其没有影响，但是在波长为300380nm之间时出现了一个小型波峰，而从对电极入射时对此波长范围光的吸收几乎为零，这是由于电解液对光的吸收作用，阻碍了电池中染料对这个波长范围光的吸收。图8 电池的光电转换效率第三章铂电极的应用现状及研究发展铂电极以其较高的转换效率被广泛应用于太阳能领域，除了在太阳能电池方面具有良好的性能外，它也在其他领域有着不可或缺的地位。3.1铂电极在硫化氢间接电解法中的应用利用间接电解法从硫化氢中制取氢气和硫磺是一种充分利用硫化氢资源的新方法。镀铂电极在硫化氢间接电解法中的应用 ,一种新的固体电解质电极制作方法 ,对电极析氢性能的测试 ,电解液的改变对电解性能的影响。实验表明 :镀铂电极的表面负载的PTFE乳液具有为阳极析氢提供疏水孔道和阻