[發明專利]染料敏化太陽能電池用金屬氮化物電極材料

有效

• 申請號: 200910068409.6
• 申請日: 2009-04-10
• 公開（公告）號: CN101533720A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 高學平;姜奇偉;李國然;葉世海
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;C01B21/06;C01B21/076
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 侯 力

技術領域

本發明涉及染料敏化太陽能電池的電極材料，特別是染料敏化太陽能電池用金屬氮化物電極材料。

背景技術

染料敏化納米晶太陽能電池是九十代開發出的一種新型化學太陽能電池(B.O’Regan，M.Gratzel，A?low-cost?high-efficiency?solar?cell?based?on?dye-sensitizedcolloidal?TiO2?film.，Nature?1991，353，737.)，具有較低的成本，簡便的制備工藝以及良好的環境相容性，具有很好的應用前景(P.V.Kamat，Meeting?the?Clean?EnergyDemand：Nanostructure?Architectures?for?Solar?Energy?Conversion，J.Phys.Chem.C?2007，111，2834.)。但是目前在染料敏化納米晶太陽能電池中，所用的對電極主要是以鉑金作為表面鍍層的電極(N.Papageorgiou，Counter-electrode?function?innanocrystalline?photoelectrochemical?cell?configurations，Coordin.Chem.Rev.2004，248，1421.)。由于鉑金的稀有和昂貴，導致該種電極有較高的制造成本。所以，研制新型高效可替代鉑金的廉價電極材料成為一個發展趨勢(J.E.Trancik，S.C.Barton，J.Hone，Transparent?and?Catalytic?Carbon?Nanotube?Films，Nano?Lett.2008，8，982.)。

發明內容

本發明的目的在于針對上述存在問題，提供一種具有良好的光電轉化性能、穩定性高、機械性能好，使用壽命長且制造成本低的種染料敏化太陽能電池用金屬氮化物電極材料。

本發明的技術方案：

染料敏化太陽能電池用金屬氮化物電極材料，以過渡元素的單質或化合物作為前驅體，通過氮化反應制得。

所述過渡元素包括元素周期表中第四周期、第五周期和第六周期除鉑元素外的IIIB族到VIII族元素。

所述氮化反應所用氣體為氨氣、氮氣、肼或氫氮混合氣。

所述氮化反應的溫度為400℃～900℃。

所述氮化反應的時間為1小時。

本發明的優點是：該方法制備的氮化鈦對電極材料多孔且表面電阻很小，與染料敏化納米晶太陽能電池中的液體電解質有較大的有效接觸面積，有較多的活性反應中心；具有穩定性高、機械性能好、使用壽命長、制造成本低和良好的光電轉化性能，完全可以取代目前染料敏化太陽能電池使用成本高昂的鉑金修飾對電極。該氮化鈦對電極除了可以應用到染料敏化太陽能電池外，也可以作為高催化活性電化學電極用于其它方面，具有很好的應用前景。

附圖說明

圖1為染料敏化太陽能電池的結構示意圖。

圖2為采用氮化鎳納米顆粒薄膜做對電極時的光電流-電壓曲線。

圖3為采用氮化鐵納米顆粒薄膜做對電極時的光電流-電壓曲線。

圖4為采用氮化鈦納米管陣列做對電極時的光電流-電壓曲線。

圖5為采用氮化鈦納米顆粒薄膜做對電極時的光電流-電壓曲線。

具體實施方式

實施例1氮化鎳納米顆粒薄膜電極材料的制備，步驟如下：

1)將氧化鎳納米顆粒漿料用絲網印刷法制成厚度為8微米的多孔薄膜；

2)將氧化鎳膜置于通有流動氨氣的管式爐中，在溫度為400℃～450℃的條件下氮化1小時，制得氮化鎳多孔電極材料。

將制得的氮化鎳多孔電極材料用于圖1所示的染料敏化太陽能電池的對電極，測得其光電流-電壓曲線如圖2所示，表明具有良好電化學性能。

實施例2氮化鐵納米顆粒薄膜電極材料的制備，步驟如下：

1)將氧化鐵納米顆粒漿料采用噴涂法制成厚度為18微米的多孔薄膜；

2)將氧化鐵膜置于通有流動氮氣的管式爐中，在溫度為400～450℃的條件下氮化1小時，制得氮化鐵電極材料。

將制得的氮化鐵電極材料用于圖1所示的染料敏化太陽能電池的對電極，測得其光電流-電壓曲線如圖3所示，表明具有良好電化學性能。

實施例3氮化鈷納米顆粒薄膜電極材料的制備，步驟如下：

1)將氧化鈷納米顆粒漿料采用刮涂法制成厚度為38微米的多孔薄膜；