振幅为IOmV。图3示出了运 些具有相同类型的工作电极但不同的对电极结构的DSSCs的奈奎斯特图。Y和X轴分别表示 电抗(Zim)和电阻(Zre)值，本领域的技术人员容易理解运种方式。运两个值是和在两种材料 界面之间移动的电子的电荷转移阻力(RCT)和电容(C)成比例的。奈奎斯特图通常呈现半圆 形式，其半圆半径取决于整体阻抗。根据图3A和3B所示，从实施例1-4电极得到的DSSCs的半 圆半径显示出阻抗不断降低的趋势。考虑到运里的实施例，从实施例4电极得到的DSSC具有 最小的半圆，其接近于对比例2的电极得到的DSSC半圆，即，具有传统销催化剂的电极。运意 味着实施例4的碳催化剂膜10应用于含有=舰化物和舰化物氧化还原电对的电解液时呈现 低电阻和高的催化活性。从3B图中可W看出，从实施例5得到的对电极的半圆大小略有增 加。该结果应当对应于如图2所示的实施例5的对电极结构电阻率的增加。
[0化。性能测试
[0053] 下面的试验用来评价具有从实施例1至5中获得的对电极的DSSC性能，并W对比例 2作为参考。采用包括来自太阳模拟器的光源强度为lOOmW/cm 2和环境溫度为25°C的标准条 件测量J-V曲线。电压W 2mV/秒的速率增加。
[0054] 图4示出对应实施例1-5的DSSC和对应于对比例2的DSSC的测定的电流密度与电 压。表2提供了运些数据，其中n为整体效率，它基于W下等式计算得到：
[0056] 其中，Pin为太阳模拟器的输入功率。
[0057] 表2:测量得到的DSSC性能 [0化引
[0059] 表2提供了包括/使用对电极或对应于本发明公开的实施方式的对电极结构的 DSSC的光电转换效率特性。从表2和图4可W看出，具有实施例1对电极的DSSC具有低JSC和 填充因子(FF)值。但是，随着退火溫度增加，如对应于实施例2，3和4的DSSC的Jsc和FF值增加 (即，每个Jsg和FF都增加）。运两个值（即，每个Jsg和FF值）的增加是由于退火处理与沉积的 碳层10中包含的氨相关联。考虑运里的实施例，具有实施例4对电极的DSSC具有最高的Jsc和 FF值，运和对应于对比例2的DSSC相比是相当有利的。此外，具有实施例4对电极的DSSC表现 出最高的效率，为7.61 %，运为对应于对比例2的DSSC效率的98.32 %。运个结果是由于材料 结构响应于退火发生变化从而产生更多具有高催化活性的石墨状碳结构从而内部电阻降 低。因此，催化效果应该受到退火溫度的影响，例如，更高的退火溫度产生了一个增强的催 化效果。然而，和具有实施例4对电极的DSSC相比，具有实施例5对电极的DSSC的效率略有降 低。运是由于Jsc和F值较低，导致如图2所示的碳薄膜10电阻率增加。因此，和上述其他测量 方式一致，催化效果随着退火溫度的增加而增加，直至达到转变溫度，超过转变溫度，催化 效果会减少或降低(例如，对应于催化效果与退火溫度行为的拐点）。
[0060] 鉴于上述情况，本发明公开的实施方式可W提供一种碳基对电极或对电极结构， 它作为一种简单、可靠、容易制造 W及廉价的销替代品用作DSSC催化剂是合适的。本发明公 开的特定方案内容解决了与传统的销对电极结构和现有的研发碳基替代品的尝试相关联 的至少一个方面、问题、限制、和/或缺陷。而与特定的实施方式相关联的特征、方面、和/或 优点已在公开的内容中进行了描述，其他实施方式也可展现此类特征、方面和/或优点，并 且不是所有的实施方式都必须呈现运样的特征、方面、和/或优点W落入公开的范围之内。 本领域的技术人员可W理解将几个上述公开的系统、设备、组件，过程、或它们的替代物可 与其他不同的系统、设备、组件、过程、和/或应用结合。另外，在本发明公开内容的范围之 内，本领域的技术人员公开对各种实施方式作出各种变型、改变和/或改进。
【主权项】
1. 一种用于电解质的碳基催化剂层，所述电解质为以三碘化物和碘化物氧化还原电对 为基础的电解质，其特征在于，所述碳基催化剂层包括无定形碳、氧、硅、锡和氟。2. 如权利要求1所述的碳基催化剂层，其特征在于，所述无定形碳、氧、硅、锡和氟各自 的体积浓度为 10.0-90 ·0%、0· 1-20 ·0%、0· 1-3 ·0%、0· 1-1.0%和0.1-1.0%。3. 如权利要求1所述的碳基催化剂层，其特征在于，所述碳基催化剂层的电阻率为0.1-100.0欧姆/平方。4. 如权利要求3所述的碳基催化剂层，其特征在于，所述碳基催化剂层的电阻率约小于 7.0欧姆/平方。5. 如权利要求4所述的碳基催化剂层，其特征在于，所述碳基催化剂层包括类似于富勒 烯状结构或洋葱状结构的石墨相。6. -种用于染料敏化太阳能电池的对电极结构，其特征在于，包括具有10.0-90.0 %的 sp3轨道百分数的退火的无定形碳催化剂层。7. 如权利要求6所述的对电极结构，其特征在于，所述退火的无定形碳催化剂层的sp3轨 道百分数约小于50.0%。8. 如权利要求7所述的对电极结构，其特征在于，所述退火的无定形碳催化剂层的sp3轨 道百分数约小于25%。9. 如权利要求8所述的对电极结构，其特征在于，所述退火的无定形碳催化剂层的sp3轨 道百分数约为22.58%。10. 如权利要求6-9任一项所述的对电极结构，其特征在于，所述退火的无定形碳催化 剂层具有碳、氧、硅、锡和氟各自的体积浓度为10.0-90.0%、0.1-20.0%、0.1-3.0%、0.1-1.0%和0.1-1.0%的组成含量。11. 如权利要求10所述的对电极结构，其特征在于，所述退火的无定形碳催化剂层包括 类似于富勒烯状结构或洋葱状结构的石墨相。12. 如权利要求6-9任一项所述的对电极结构，其特征在于，所述退火的无定形碳催化 剂层的厚度约为0.1-10.0微米。13. 如权利要求6-9任一项所述的对电极结构，其特征在于，所述无定形碳催化剂层由 具有一个导电层的透明导电氧化物衬底负载，所述导电层包括氟掺杂的氧化锡、铟掺杂的 氧化锡、铝掺杂的氧化锌、镓掺杂的氧化锌和锗掺杂的氧化铟中的一种。14. 一种染料敏化太阳能电池包括如权利要求6-13任一项所述的对电极结构。15. -种制备碳催化剂层的方法，其特征在于，所述方法包括： 提供其上具有透明导电氧化物层的衬底； 在所述透明导电氧化物层上沉积一层无定形碳层； 将沉积的无定形碳层进行退火以得到大约10%-90%范围的sp3轨道百分数。16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，将所述沉积的无定形碳层进行退火包括将 所述沉积的无定形碳层在250-650°C的温度范围进行退火。17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，将所述沉积的无定形碳层进行退火包括将 所述沉积的无定形碳层在环境压力下使用氩气退火。18. 如权利要求15-17任一项所述的方法，其特征在于，将所述沉积的无定形碳层进行 退火包括将所述沉积的无定形碳层进行退火以得到约小于50%的sp 3轨道百分数。19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，将所述沉积的无定形碳层进行退火包括将 所述沉积的无定形碳层进行退火以得到约小于25%的sp 3轨道百分数。20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，将所述沉积的无定形碳层进行退火包括将 所述沉积的无定形碳层进行退火以得到约22.58%的sp 3轨道百分数。21. 如权利要求18-20任一项所述的方法，其特征在于，将所述沉积的无定形碳层进行 退火包括在无定形碳层中制造类似于富勒烯状结构或洋葱状结构的石墨相。22. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，沉积所述无定形碳层包括： 将其上具有透明导电氧化物层的衬底放置在射频等离子体增强化学气相沉积系统的 一个腔室中； 向所述腔室中供给甲烷和氢气气体;和 在所述腔室中制造等离子体。23. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，在所述腔室中制造等离子体包括采用以下 射频等离子体增强化学气相沉积的操作条件:流量约为5.0sccm的CH4和流量约为5.5 SCCm 的出的混合气体，衬底温度约为70°C，压强约为320毫托，RF频率约为13.56 X 106Hz，以及功 率为约45分钟约60瓦。
【专利摘要】一种用于电解质的碳基催化剂层，所述电解质为以三碘化物/碘化物氧化还原电对为基础的电解质，所述碳基催化剂层包括无定形碳、氧、硅、锡和氟。所述催化剂层可以涂布在透明导电氧化物(TCO)玻璃衬底上用作染料敏化太阳能电池(DSSC)的对电极。通过将涂布的碳催化剂层在约250-650℃(例如，300-600℃)的温度范围进行退火以形成一个合适的sp3轨道百分数，所述碳催化剂层可以具有低的电阻率、高的电催化活性和优异的光电转换效率，其测得的光电转换效率为含有以传统铂催化剂为基础的对电极的DSSC的98.32％。
【IPC分类】C01B31/02, C01B31/04, H01G9/20
【公开号】CN105580097
【申请号】CN201580001971
【发明人】维塔雅·阿门凯巴姆, 萨穆克·披曼庞, 皮肯·阿帕猜, 纳瑞特·费巴特
【申请人】泰国研究基金会(Trf)
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年1月30日
【公告号】WO2015116007A1