[發(fā)明專利]染料敏化太陽電池用鈣鈦礦氧化物對(duì)電極材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310627427.X
• 申請(qǐng)日: 2013-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN103700508B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴松元;王文君;潘旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院等離子體物理研究所
• 主分類號(hào): H01G9/20
• 分類號(hào): H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 安徽合肥華信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于染料敏化太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及染料敏化太陽電池用鈣鈦礦型氧化物薄膜對(duì)電極。

背景技術(shù)

染料敏化太陽電池（dye?sensitized?solar?cells,?DSSCs）因其成本低廉、制作簡單、性能穩(wěn)定、環(huán)境友好，顯示出強(qiáng)大的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。自1991年Gr?tzel教授首次研制出轉(zhuǎn)換效率達(dá)7.9%的染料敏化太陽電池，目前實(shí)驗(yàn)室液態(tài)電解質(zhì)電池光電轉(zhuǎn)換效率已超過12%（Science,?2011,?334,?6056）。并且這種基于納晶半導(dǎo)體材料的新型太陽能電池具有進(jìn)一步提高效率和降低成本的潛在優(yōu)勢，極有可能取代傳統(tǒng)固態(tài)光伏器件如：硅太陽能電池、銻化鎘薄膜電池和銅銦鎵硒薄膜電池，而成為未來太陽能電池的主導(dǎo)。

DSSCs主要由染料敏化的多孔半導(dǎo)體納米晶TiO₂薄膜工作電極、含有I^-/I₃^-氧化還原電對(duì)的電解質(zhì)和催化I₃^-的對(duì)電極組成。對(duì)電極主要作用：收集和輸運(yùn)電子（接收電池外回路的電子并把它傳遞給電解質(zhì)中的氧化還原反應(yīng)電子對(duì)）；吸附并催化I₃^-；反射透過光；對(duì)電極對(duì)提高DSSCs的光電性能和光電轉(zhuǎn)換效率起著重要作用。因此，對(duì)電極需具有低的電阻和高的催化活性，以減少對(duì)電極上電子傳遞過程的能量損失。典型的對(duì)電極由透明導(dǎo)電玻璃（FTO?glass）和FTO導(dǎo)電玻璃表面的鉑（platinum,?Pt）催化層組成。但是，貴金屬鉑不僅與染料敏化太陽電池的低成本的初衷相違背，大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用具有明顯的局限性，而且有些工藝制得的Pt催化層存在易被電解質(zhì)腐蝕的現(xiàn)象，導(dǎo)致器件穩(wěn)定性下降。因此，探索新型廉價(jià)非鉑對(duì)電極是近年來DSSCs領(lǐng)域一個(gè)研究熱點(diǎn)。

近年來，鈣鈦礦型復(fù)合氧化物（ABO₃）具有較高電導(dǎo)，B位進(jìn)行摻雜改性更有益于提高電極性能。其中，性能較好的LaNi_0.8Fe_0.2O₃已在二次金屬氫化物-空氣電池中實(shí)現(xiàn)了初步應(yīng)用。同時(shí)，錳酸鑭基薄膜具有電熱、催化劑溫敏等性能，引起研究者的廣泛關(guān)注。鈣鈦礦型氧化物薄膜制備方法眾多，而絲網(wǎng)印刷工藝簡單，易于規(guī)模化。絲網(wǎng)印刷法制備的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物薄膜對(duì)電極具有資源豐富，價(jià)格低廉，環(huán)境友好和適合規(guī)模化生產(chǎn)特性，是取代鉑對(duì)電極的理想材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)傳統(tǒng)的鉑對(duì)電極儲(chǔ)量有限，價(jià)格昂貴，不易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、催化活性高和適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的鈣鈦礦型氧化物對(duì)電極。

上述目的通過以下方案實(shí)現(xiàn)：

一種染料敏化太陽電池用的鈣鈦礦型氧化物對(duì)電極，

其特征在于：制備方法包括以下步驟：

（1）????將金屬鹽加入到去離子水溶劑中，攪拌均勻，再將EDTA按照比例n（EDTA）:n（金屬離子）=（0.1-100）:1加入到金屬鹽的水溶液中，再加入粘稠劑乙二醇，乙二醇按照比例n（乙二醇）:n（EDTA）=（0.1-100）:1加入，不斷攪拌，通過滴加氨水或硝酸調(diào)節(jié)pH值穩(wěn)定在4-12,再水浴蒸發(fā)水分得凝膠，將凝膠在60-200℃下真空干燥得干凝膠，然后在空氣中100-500℃發(fā)生自燃，將燃燒產(chǎn)物研磨后在空氣中進(jìn)行進(jìn)一步熱處理，熱處理溫度范圍為60-1100℃,制備得鈣鈦礦型氧化物粉體；

（2）????將鈣鈦礦型氧化物粉體與溶劑、添加劑混合獲得絲網(wǎng)印刷漿料，將配置好的絲網(wǎng)印刷漿料研磨0.5-12h，然后采用絲網(wǎng)印刷法沉積在導(dǎo)電薄膜基底上，印刷后的薄膜經(jīng)干燥和300-520℃燒結(jié)0.5-12h，最終成為染料敏化太陽電池用多孔鈣鈦礦型氧化物薄膜對(duì)電極。

所述的一種染料敏化太陽電池用的鈣鈦礦型氧化物對(duì)電極，其特征在于:所述的金屬鹽為金屬離子的摩爾比為La:Ni:Fe=1:（0.1-1）:（0.9-0）的鑭、鎳和鐵金屬的硝酸鹽，所制備鈣鈦礦型氧化物粉體為LaNi_1-xFe_xO₃（x=0-0.9），或所述的金屬鹽為金屬離子的摩爾比為La:Sr:Mn=（0.1-1）:（0.9-0）的鑭、鍶和錳金屬的硝酸鹽，所制備鈣鈦礦型氧化物粉體為La_1-xSr_xMnO₃（x=0-0.9）。