木质素衍生碳基染料敏化太阳能电池的制备及其光伏性能

柴化云; 程文杰; 柴亚玲; 万才超; 吴义强

doi:10.13360/j.issn.2096-1359.202310025

林业工程学报 ›› 2025, Vol. 10 ›› Issue (01) : 33 -40. DOI: 10.13360/j.issn.2096-1359.202310025

木质素衍生碳基染料敏化太阳能电池的制备及其光伏性能

柴化云, 程文杰, 柴亚玲, 万才超, 吴义强

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摘要

染料敏化太阳能电池（DSSCs）的对电极一般采用贵金属铂（Pt）,但Pt在碘系电解液中易被腐蚀，导致DSSCs成本较高且稳定性不足，难以规模化生产。以可再生木质素为碳源制备高性能电催化剂作为Pt对电极的廉价替代品无疑是一种理想策略。以木质素为碳源、KOH为活化剂，通过一步热解法合成了多级多孔碳，并应用于DSSCs。通过扫描电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪及全自动比表面积分析仪等方法研究了多孔碳的结构特征及孔隙特性，利用电化学工作站、太阳光模拟器、万用电表等设备评估了该衍生碳作为DSSCs对电极材料催化I^-₃还原的能力。结果表明，木质素衍生多孔碳材料具有优异的催化活性，比表面积高达530.54 m²/g,总孔容为0.64 cm³/g,且同时具有微孔、中孔和大孔。其器件短路电流密度、开路电压及光电转换效率分别达到了15.88 mA/cm²、710 mV和7.27%,远高于活化前，甚至超过了Pt基电池，展现了其在DSSCs领域的应用潜力。综上所述，通过简单的共热解方法，KOH和木质素成功合成了多级多孔碳材料，其高比表面积和丰富的孔隙可实现电荷的快速转移，从而显著提升了电化学性能。因此，该多孔碳作为DSSCs对电极时，能显著提高器件的各个参数，并获得高于Pt基DSSCs的转换效率，表明木质素衍生碳具有作为Pt对电极廉价替代品的潜力。