[發明專利]染料敏化太陽能電池中碳對電極的制備方法

有效

• 申請號: 201210094885.7
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN102592842A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 方國家;曾瑋;陶洪;王靜
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/48
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 汪俊鋒

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技術領域

本發明涉及染料敏化太陽能電池中碳對電極的制備方法，屬于光電子材料和器件領域。

技術背景

染料敏化太陽能電池（Dye?Sensitized?Solar?Cell，即DSSC）2011年效率已突破12%。自1991年問世，由于其低的制作成本、單易的制作工藝、易重復等優點，一直是研究領域的熱點之一。雖然效率和穩定性有待提高，這種電池仍被認為是極具商業應用前景的光伏器件之一。DSSC是三明治結構，由光陽極，對電極和填充在其間的電解質構成。光陽極一般由導電玻璃和染料敏化的納米多孔氧化物薄膜組成，且納米多孔氧化物薄膜一般為多孔二氧化鈦；對電極由導電層上沉積催化劑構成，催化劑一般為鉑，電解質一般為I^-/I₃^-電對。高成本的鉑一直是制約DSSC成本的瓶頸之一，低成本催化劑材料，如碳材料，導電聚合物的研究已經開展。其中，碳材料，如碳，碳納米管，碳納米纖維，石墨烯的研究已取得較大進展，基于碳材料的DSSC最高效率已達到9%，充分說明碳材料作為催化劑前景廣泛。

作為一維納米材料，空心的碳納米管和實心的碳納米纖維（其組合以下簡稱為一維碳復合材料）由于結構相近，制備方法也很接近，制備時經常共同產生。制備一維碳復合材料的方法較多?；诖呋铮▍^別于DSSC的“催化劑”）來制備時，一般需要用一套設備制備催化物（Fe，Co，Ni等過渡金屬或其氧化物），然后用另一套設備在催化物上原位生長一維碳復合材料，也有研究者嘗試在同一套設備內進行，使催化物生成和一維碳復合材料生成這兩步緊密連續且原位進行，通常稱為一步法。可一步實現的實驗方法，報道的有化學氣相沉積，微波法，火焰法等。

作為一種低成本制備方法，火焰法能在開放的環境中制備出較高質量的一維碳復合材料，而一步實現的火焰法，使其制備更加簡單。具有代表性的制備方法是使用金屬片基底，浸漬過渡金屬鹽的乙醇溶液，干燥后，然后將基底在酒精燈火焰中加熱，形成一維碳復合材料（CN101624184A；Li?Fei,?Zou?Xiao-ping,?et?al,?Preparation?of?carbon?nanotubes?by?ethanol?catalytic?combustion?technique?using?nickel?salt?as?catalyst?precursor,?Transactions?Of?Nonferrous?Metals?Society?Of?China?2006(16):?S381-S384；Qi,?X.,?J.?Zhang,?et?al.，A?novel?process?for?high-efficient?synthesis?of?one-dimensional?carbon?nanomaterials?from?flames.?Journal?Of?Materials?Science?&?Technology?2008,?24(4):?603-607.）。然而這種方法制備的一維碳復合材料用作DSSC對電極催化劑時，催化活性不高。

發明內容

本發明所要解決的問題是提供一種催化活性更高的染料敏化太陽能電池中對電極的的制備方法。

具體制備方法如下：

1）基底的準備

對基底進行清洗，以除去表面的油脂和雜質；對于可以與染料敏化太陽能電池中電解質反應的基底，在清洗后還要沉積不低于50nm厚的鎳或鈦作為保護層；?

2）溶液的配制和涂敷

溶解過渡金屬的一種或多種鹽，并在溶液中添加十二烷基硫酸鈉，溶液中十二烷基硫酸鈉與過渡金屬正離子的摩爾比為(0.004～0.008):1；將配好的溶液涂敷在基底上，然后自然風干，重復涂敷，風干后涂敷層的厚度為200nm～2μm；（涂敷層若太薄效果不明顯，太厚在步驟3）中不易燒透）

3）酒精燈加熱

將基底置于酒精燈火焰中，加熱10秒～10分鐘。

所采用的對電極基底為耐高溫平面狀或網狀固體，至少能承受750℃。

沉積保護層的方法為電鍍或磁控濺射。

涂敷過渡金屬溶液的方法可以為旋涂法、提拉法、刮涂法。

3）優化層。

為進一步提高對電極的催化活性，可以引入優化層。即在1）準備好的基底上先后沉積錫層、鎳層，其中錫膜厚度為20nm～230nm，鎳膜厚度為10nm～840nm。錫膜若太薄，達不到效果，太厚加熱后容易從基底上脫落；鎳膜若太薄，作為催化物的效果不明顯，太厚則失去催化活性。