[發(fā)明專利]基于二元低鉑合金對電極的染料敏化太陽能電池及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2013-08-08
• 公開（公告）號: CN103400700A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐群委;孟昕;賀本林;陳曉旭;蔡紅遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/04;H01G9/042;H01L31/18;H01M14/00
• 代理公司: 青島聯(lián)智專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 37101
• 代理人: 王曉曉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)以及新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于二元低鉑合金對電極的染料敏化太陽能電池及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

染料敏化太陽能電池是一種由多孔二氧化鈦納米晶光陽極、敏化染料、I^-/I₃^-電解質(zhì)和對電極組成的可將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾娀瘜W(xué)裝置。

染料敏化納米晶太陽能電池是二十世紀(jì)九十代開發(fā)出的一種新型電化學(xué)太陽能電池，具有成本低、制備工藝簡便、穩(wěn)定性好、環(huán)境友好等特點，具有良好的應(yīng)用前景。然而目前染料敏化納米晶太陽能電池使用的鉑對電極價格較高，不利于該太陽能電池的商業(yè)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了基于二元低鉑合金對電極的染料敏化太陽能電池及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明可以獲得成本低、穩(wěn)定性好、催化性能良好的二元低鉑合金對電極，使其可以取代染料敏化納米晶太陽能電池中常用的的鉑對電極，促進(jìn)染料敏化納米晶太陽能電池的實用化，加速染料敏化納米晶太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，具有重要的實用價值和經(jīng)濟(jì)價值。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

基于低鉑合金對電極的染料敏化太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

(1)、配制濃度為1~5?mol/L的金屬鹽水溶液，濃度為1~8?mmol/L氯鉑酸水溶液和濃度為1~2?mol/L的氯化氫水溶液；

(2)、按體積比為金屬鹽水溶液：氯鉑酸水溶液：氯化氫水溶液：水=1~10：1~5：1~5：10~100，配制成均勻的反應(yīng)溶液；

(3)、在步驟(2)中的反應(yīng)溶液中放入清洗干凈的FTO或ITO導(dǎo)電玻璃基體作為工作電極、以Ag/AgCl電極為參比電極、以Pt電極為對電極組裝成三電極體系，采用電化學(xué)沉積法在導(dǎo)電玻璃基體表面沉積均勻的二元低鉑合金對電極，將該合金對電極經(jīng)水洗、干燥，得到干燥的二元低鉑合金對電極；

(4)、制備二氧化鈦膠體，將二氧化鈦膠體涂于FTO或ITO導(dǎo)電玻璃基體上，控制膜厚為5～15?μm，經(jīng)450°C煅燒制備多孔二氧化鈦薄膜；

(5)、將步驟(4)制備的二氧化鈦薄膜浸入0.2～0.5?mmol/L的染料中形成染料敏化二氧化鈦光陽極；

(6)、將步驟(3)制備的合金對電極和步驟(5)制備的染料敏化二氧化鈦光陽極組合，并在中間加入液體電解質(zhì)組裝染料敏化太陽能電池。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)中的金屬為鐵、鎳或鈷中的一種。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)中的金屬鹽為金屬氯鹽或硝酸鹽。

進(jìn)一步的，所述步驟(3)中采用的電化學(xué)沉積方法為恒電壓法、恒電流法或循環(huán)伏安法。

進(jìn)一步的，所述步驟(4)中二氧化鈦膠體通過常規(guī)溶膠-水熱法制備而成。

進(jìn)一步的，所述步驟(5)中的染料為N719或N3染料。

進(jìn)一步的，所述步驟(6)中的液體電解質(zhì)由0.01~0.06?mol/L碘、0.08~0.12?mol/L碘化鋰、0.4~0.8?mol/L四丁基碘化銨和0.4~0.6?mol/L?4－叔丁基吡啶的乙腈溶液組成。

本發(fā)明還提供了利用所述的制備方法制得的基于二元低鉑合金對電極的染料敏化太陽能電池。

進(jìn)一步的，所述染料敏化太陽能電池的開路電壓為700～800?mV、短路電流為16～22?mA·cm^-2、填充因子為0.6～0.7、光電轉(zhuǎn)換效率為7.5～11%。

本發(fā)明還提供了所述的基于二元低鉑合金對電極的染料敏化太陽能電池在作為電池組件及電站中的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和技術(shù)效果是：本發(fā)明充分利用合金的低成本、高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性及優(yōu)良的電催化性，并進(jìn)行合理的元素配比設(shè)計，優(yōu)化低鉑合金對電極的組成，提高其電催化性能。本發(fā)明的二元低鉑合金對電極穩(wěn)定性高、電導(dǎo)率好、電催化活性優(yōu)越，制備方法簡便易行、成本低廉、改進(jìn)空間大，所組裝的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率高、電解質(zhì)的還原性好。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

?實施例1

本發(fā)明所述基于二元低鉑合金對電極的染料敏化太陽能電池的制備方法包括以下步驟：

1、反應(yīng)溶液的配制：配制濃度為1~5?mol/L的金屬鹽水溶液，濃度為1~8?mmol/L的氯鉑酸水溶液，濃度為1~2?mol/L氯化氫水溶液，所述金屬鹽水溶液為鐵鹽、鎳鹽或鈷鹽中的一種，所述金屬鹽為金屬氯鹽或硝酸鹽。