[發(fā)明專利]染料敏化太陽能電池用磷化物對電極及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110271785.2
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN102354614A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高學(xué)平;竇衍葉;李國然;潘桂玲;葉世海
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型染料敏化太陽能電池對電極及其制備方法。

背景技術(shù)

染料敏化太陽能電池相比傳統(tǒng)的硅基太陽能電池具有成本低廉、工藝簡單、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，是極具發(fā)展?jié)摿Φ奶柲茈姵亍５湫偷娜玖厦艋柲茈姵刂饕ㄈ糠郑喝玖厦艋陌雽?dǎo)體電極(工作電極)、I^-/I₃^-電解液與鉑電極(對電極)。其中，鉑對電極雖然具有良好的性能，然而作為稀有貴金屬，成本昂貴，使染料敏化太陽能電池的發(fā)展受限制。因此，發(fā)展低成本對電極材料替代鉑具有非常重要的意義。近年來，對電極相關(guān)公開的中國專利包括：CN?200610114581.7，CN200710177810.4，CN?200810227107.4，CN201010212640.0，200910072714.2，CN?200910072716.1等。這些專利中大多數(shù)以碳作為活性物質(zhì)，也有專利采用了含碳的復(fù)合材料作為對電極，例如CN?200610135370.1?CN200910043344.X，CN?200910072714.2等。

中國專利CN200680026382.9，CN200810012001.2，CN201010193860.3分別公開了過渡金屬磷化物材料的制備方法，方法步驟繁多，操作復(fù)雜，條件苛刻，對環(huán)境有影響。中國專利CN201010602220.3公開了熱分解三苯基膦復(fù)合物制備磷化物的方法制備碳負(fù)載過渡金屬磷化物，該方法使用的原料成本高，且有毒。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種新的染料敏化太陽能電池對電極及其制備方法，該對電極由過渡金屬磷化物納米顆粒分散在具有良好導(dǎo)電性的碳材料中作為活性材料，具有比用單純碳材料對電極更為出色的性能；該對電極制備簡易，成本低廉，性能優(yōu)越，穩(wěn)定性高，實(shí)用價值高。

本發(fā)明提供的染料敏化太陽能電池對電極是在導(dǎo)電基底上負(fù)載活性材料膜，活性材料膜是以水溶性過渡金屬鹽和紅磷為原料，添加碳材料，按照金屬元素和紅磷的物質(zhì)的量之比0.5～4.5∶10，過渡金屬磷化物與碳材料質(zhì)量比0.1～1∶0～1制備而成，其中，活性材料膜的厚度為5～50微米。

具體制備工藝：將水溶性過渡金屬鹽和紅磷混合在有機(jī)溶劑和水的混合溶劑中(有機(jī)溶劑和水的體積比0.5～2∶1)，再加入分散良好的碳材料，經(jīng)過水熱反應(yīng)制備磷化物?碳材料，反應(yīng)條件為：溫度120～200攝氏度，時間2～24小時；若不加入碳材料則直接獲得過渡金屬磷化物。將制備好的過渡金屬磷化物，或過渡金屬磷化物與碳材料組成的復(fù)合物活性材料制成漿料涂膜在導(dǎo)電基底上，干燥，制得磷化物碳或磷化物染料敏化太陽能電池對電極。

所述的活性材料中過渡金屬磷化物與碳材料的質(zhì)量比為0.1～1∶0～1。

所述的過渡金屬元素為錳、鐵、鈷、鎳、鉬或鎢中的至少一種。

所述的碳材料為石墨烯、導(dǎo)電碳黑、乙炔黑或電阻率低于電阻率低于2.0歐姆·米的碳材料中的至少一種。

所述的導(dǎo)電基底為導(dǎo)電玻璃、金屬或塑料。

本發(fā)明提供的染料敏化太陽能電池對電極的制備方法包括以下步驟：

1)將水溶性金屬鹽與紅磷按照磷化物計量比加入乙二醇?水混合溶劑，體積比0.5～2∶1，充分?jǐn)嚢韬螅尤敕稚⒂谒蛞叶既軇┲械奶疾牧希浞謹(jǐn)嚢韬螅诿荛]條件下水熱反應(yīng)，其條件為：溫度120～200攝氏度，時間2～24小時。

2)將制得的磷化物-碳復(fù)合材料與水和有機(jī)粘結(jié)劑(如羥甲基纖維素鈉)混合，充分研磨制得漿料。將漿料均勻刮涂、絲網(wǎng)印刷或旋轉(zhuǎn)涂膜在導(dǎo)電基底上，在50～120℃干燥，制得磷化物?碳對電極。

本發(fā)明以紅磷做磷源，無毒且成本低，采用水熱反應(yīng)，在溫和條件下制備過渡金屬磷化物?碳復(fù)合材料，過程簡單、環(huán)境友好，提供一種新的染料敏化太陽能電池對電極及其制備方法。在磷化物中加入少量的石墨烯等碳材料能使磷化物納米顆粒更為分散，從而具有更高的活性。采用本發(fā)明制備的對電極使相應(yīng)太陽能電池具有比單純碳材料對電極更為出色的光電性能，具體數(shù)據(jù)可參見實(shí)施例1與對比例1的對比。另外，所述的低成本染料敏化太陽能電池對電極制備簡易、成本低廉、穩(wěn)定性高，對環(huán)境友好，實(shí)用價值明顯，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1實(shí)施例1、實(shí)施例2中所制磷化鎳、磷化鎳?石墨烯復(fù)合物的X射線衍射花樣。

圖2實(shí)施例1中所制磷化鎳-石墨烯復(fù)合物的掃描電子顯微鏡照片。

圖3實(shí)施例2中所制磷化鎳的掃描電子顯微鏡照片。