[發(fā)明專利]一種用于染料敏化太陽(yáng)能電池的低成本對(duì)電極

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010131086.3
• 申請(qǐng)日: 2010-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN101770870A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬廷麗;武明星
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G9/042
• 分類號(hào): H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/44;H01L51/46
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于綠色可再生能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低成本對(duì)電極的制作及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

1991年，瑞士聯(lián)邦工學(xué)院的Graetzel教授發(fā)明了染料敏化太陽(yáng)能電池(簡(jiǎn)稱DSC)。由于其成本低廉，制作工藝簡(jiǎn)單，效率較高，環(huán)境友好，一經(jīng)問世便引起世界范圍的研究熱潮。DSC主要是由三部分組成，即：光陽(yáng)極，通常是吸附有染料的納米晶二氧化鈦薄膜；對(duì)電極，通常是鉑電極；還有包含I₃^-/I^-氧化還原電對(duì)的電解質(zhì)。其原理是：染料吸收一個(gè)光子，染料從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，染料激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，產(chǎn)生一個(gè)光生電子和染料正離子，光生電子會(huì)迅速注入到二氧化鈦的導(dǎo)帶并通過二氧化鈦的多孔結(jié)構(gòu)達(dá)到導(dǎo)電基底，然后流經(jīng)外電路達(dá)到對(duì)電極。在對(duì)電極上，I₃^-被流經(jīng)外電路的電子還原為I^-，在二氧化鈦多孔膜中，染料正離子被I^-還原，實(shí)現(xiàn)染料的再生，完成整個(gè)電路循環(huán)。由此可見對(duì)電極是DSC的重要組成部分，目前主要是用鉑作對(duì)電極。鉑電極雖然性能優(yōu)越但是價(jià)格昂貴，而且鉑的儲(chǔ)量很有限，因此急需尋找鉑的替代材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種可替代鉑的電極材料，并提出一種簡(jiǎn)單的對(duì)電極的制備工藝及用這種對(duì)電極制作效率高，低成本的染料敏化太陽(yáng)能電池。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是將類鉑化合物粉體、無機(jī)化合物粘合劑、分散劑分散在有機(jī)溶劑或水溶液中配制成漿料，并利用噴涂、刮涂、印刷等方法制作成電極，進(jìn)而組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池。對(duì)電極材料可以是一種類鉑化合物或是一種以上類鉑化合物的混合物，或者是以上所述材料與Pt、C等電極材料的混合物。

所述的類鉑化合物包括碳化鉬(Mo₂C)、氮化鎢(W₂N)、氮化鉬(Mo₂N)、碳化釩(VC)、氮化釩(VN)、碳化鈮(NbC)、氮化鈮(NbN)、碳化鎢(WC或W₂C)，其粒徑介于2nm-800μm。這種類鉑材料制備的電極可以催化染料敏化太陽(yáng)能電池中所涉及的電解液中的氧化還原電對(duì)，如I₃^-/I^-，Br₃^-/Br^-及其它的氧化還原電對(duì)。

上述無機(jī)化合物粘合劑可以是二氧化鈦、氧化鋁、二氧化錫、二氧化硅、氧化鋅、氧化銅、氧化鎳、硫酸鎂、硫酸鈣、氫氧化鎂，硫酸鋇、氧化鐵中的一種或一種以上混合而成，其粒徑介于2nm-800μm。

上述分散劑可以是聚乙二醇、曲拉通100、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、古爾膠、脂肪酸聚乙二醇酯中的一種或一種以上的混合液。

對(duì)電極的制備方法除可以利用噴涂法、印刷法、刮涂法之外，也可以用電化學(xué)沉積法、電鍍法、熱解法、濺射法。

這一技術(shù)手法不但能夠替代鉑電極，大幅度降低電極的制作成本，而且還能得到很高的光電流和開路電壓及光電轉(zhuǎn)換效率，制作高性能的染料敏化太陽(yáng)能電池。

本發(fā)明的效果益處是利用本發(fā)明提供的技術(shù)可制造高效低成本的對(duì)電極和太陽(yáng)能電池。將碳化鉬(Mo₂C)、氮化鎢(W₂N)、氮化鉬(Mo₂N)、碳化釩(VC)、氮化釩(VN)、碳化鈮(NbC)、氮化鈮(NbN)、碳化鎢(WC，W₂C)作為對(duì)電極材料，制作成對(duì)電極，與光陽(yáng)極及電解液制作太陽(yáng)能電池。

本發(fā)明由于所用材料價(jià)格低廉且對(duì)電極及電池的制作工藝簡(jiǎn)單，解決了鉑電極價(jià)格昂貴和資源短缺以及利用大型濺射儀等問題。

附圖說明

附圖1是染料敏化太陽(yáng)能電池的示意圖。

附圖2是電極電化學(xué)性質(zhì)測(cè)試的塔菲爾曲線。

附圖3是電極的交流阻抗測(cè)試曲線。

附圖4是用本發(fā)明的對(duì)電極與傳統(tǒng)的鉑對(duì)電極制備的染料敏化太陽(yáng)能電池的性能比較。實(shí)線和虛線分別為碳化鉬對(duì)電極和鉑對(duì)電極制作的太陽(yáng)能電池的電流-電壓曲線。

圖1中：1光陽(yáng)極基板；2導(dǎo)電膜；3半導(dǎo)體薄膜；4染料；5電解質(zhì)；

???????6對(duì)電極基板；7導(dǎo)電膜；8催化層。

具體實(shí)施方式