[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于染料敏化太陽(yáng)能電池的對(duì)電極材料、其制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110449252.9
• 申請(qǐng)日: 2011-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102543466A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬廷麗;武明星;林逍;王宇迪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué);營(yíng)口奧匹維特新能源科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01G9/042
• 分類(lèi)號(hào): H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 大連東方專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 賈漢生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型材料及綠色可再生能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于染料敏化太陽(yáng)能電池的對(duì)電極材料的制備及應(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(Dye-sensitized?Solar?Cell，簡(jiǎn)稱(chēng)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(wèn)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(guò)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(jiàn)對(duì)電極是DSC的重要組成部分，目前主要是用鉑(Pt)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(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于染料敏化太陽(yáng)能電池的對(duì)電極材料、其制備方法以及將其作為對(duì)電極材料代替鉑應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池的應(yīng)用。本發(fā)明對(duì)電極材料的制備方法是：以金屬氯化物，酚類(lèi)物質(zhì)和醛類(lèi)物質(zhì)生成的酚醛樹(shù)脂為碳源，模板劑為三嵌段聚合物，經(jīng)混合、攪拌、燒結(jié)的工藝方法制備而成。這種能代替鉑的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-及其它的有機(jī)氧化還原電對(duì)，及金屬有機(jī)配合物氧化還原電對(duì)，能得到很高的光電流和開(kāi)路電壓及光電轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明通過(guò)下述方法制備，具體步驟包括：

(a)按模板劑∶酚類(lèi)物質(zhì)∶乙酸∶金屬氯化物∶醛類(lèi)物質(zhì)的質(zhì)量比為2.5∶1.65∶0.25～1.0∶0.45～1.8∶1.35～5.4稱(chēng)取各原料；

(b)將模板劑按2.5g/30mL的比例溶于乙醇中，攪拌直至完全溶解；

(c)向步驟(b)獲得的混合液中，加入酚類(lèi)物質(zhì)和乙酸，攪拌30min；

(d)向步驟(c)獲得的混合液中，加入金屬氯化物，攪拌30min；

(e)向步驟(d)獲得的混合液中，加入醛類(lèi)物質(zhì)，攪拌30min后獲得膠狀液體，再經(jīng)過(guò)燒結(jié)制得；

其中：

模板劑為三嵌段聚合物P123或F127；

酚類(lèi)物質(zhì)為間苯二酚、間苯三酚、苯酚中的一種；

金屬氯化物為下述的一種：氯化氧釩，四氯化鈦，四氯化鋯，五氯化鈮，三氯化鉻，五氯化鉬，六氯化鎢；

醛類(lèi)物質(zhì)為甲醛或乙醛。

優(yōu)選的，上述方法中的模板劑為三嵌段聚合物F127。

優(yōu)選的，上述方法中的金屬氯化物為氯化氧釩。

優(yōu)選的，上述方法中的酚類(lèi)物質(zhì)為間苯二酚。

優(yōu)選的，上述方法中的醛類(lèi)物質(zhì)為甲醛。

優(yōu)選的，上述方法中的燒結(jié)的條件是，于80℃放置3天，在1100℃燒結(jié)5h。

本發(fā)明的另外一方面在于：利用上述方法制備的一種用于染料敏化太陽(yáng)能電池的對(duì)電極材料。

本發(fā)明的再一方面在于：利用上述方法制備的介孔碳負(fù)載的對(duì)電極材料作為染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極的應(yīng)用。

通過(guò)本發(fā)明中實(shí)施例所述方法制備的介孔碳負(fù)載的碳化釩(以下簡(jiǎn)稱(chēng)VC-MC)材料，可作為對(duì)電極材料用于染料敏化太陽(yáng)能電池，實(shí)驗(yàn)表明，以此種材料為對(duì)電極的染料敏化太陽(yáng)能電池能得到很高的光電流和開(kāi)路電壓及光電轉(zhuǎn)換效率，能代替?zhèn)鹘y(tǒng)以鉑材料制備的電極，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)格昂貴和資源短缺等問(wèn)題，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的有益效果：

利用本發(fā)明提供的合成技術(shù)可制備一系列低成本可代替鉑用于染料敏化太陽(yáng)能電池的介孔碳負(fù)載的金屬碳化物。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)格昂貴和資源短缺等問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

附圖1介孔碳負(fù)載碳化釩的XRD譜圖；

如圖2是介孔碳負(fù)載碳化釩的掃描電鏡圖；