[發明專利]用于染料敏化太陽能電池的鈷基或鎳基或鈷鎳基硒化物光子晶體對電極

有效

• 申請號: 201710777065.0
• 申請日: 2017-09-01
• 公開（公告）號: CN107680814B
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 蔣青松;張宇林;胡光;季仁東;居勇峰;楊瀟;朱鐵柱
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 廖娜

本發明涉及染料敏化太陽能電池領域，公開了一種用于染料敏化太陽能電池的鈷基或鎳基或鈷鎳基硒化物光子晶體對電極，S1：將單分散聚苯乙烯小球通過恒溫垂直沉積法自組裝到導電玻璃上形成膠體晶體；S2：通過電化學沉積方法將鈷或鎳或鈷鎳沉積填充到所述膠體晶體內部得復合膠體晶體；S3：去除所述復合膠體晶體中的聚苯乙烯小球，得鈷或鎳或鈷鎳光子晶體；S4：使用溶劑熱法在所述鈷或鎳或鈷鎳光子晶體內引入硒源，得鈷基或鎳基或鈷鎳基硒化物光子晶體。本發明中的鈷或鎳或鈷鎳光子晶體與導電玻璃的結合能力較好，對電極中催化活性位點數目較多，電解質擴散速度較快，其功函數與電解質電位匹配較好，以其作對電極的染料敏化太陽能電池能量轉換效率較高。

技術領域

本發明涉及染料敏化太陽能電池的對電極領域，特別涉及一種用于染料敏化太陽能電池的鈷基或鎳基或鈷鎳基硒化物光子晶體對電極。

背景技術

隨著全球能源危機日益加劇，太陽能因具有資源豐富、分布廣泛、環保等優點，已成為能源領域中的研究熱點。染料敏化太陽能電池(DSSC)擁有較高理論能量轉換效率、成本低、工藝簡單、環境友好等特點，作為一種最有發展前景的光伏發電技術之一，受到了廣泛關注。對電極是DSSC不可缺少的重要組成部分。貴金屬鉑具有良好的導電性和催化活性，是最常用的對電極材料。但是鉑存在資源有限、成本高、在電解質體系中易腐蝕等缺點。因此，如何獲得性能優異、廉價、穩定的對電極材料一直是學術與工業界面臨的難題。發展性能優異、廉價、穩定的對電極材料不僅是DSSC的一個熱點研究方向，而且還符合我國新材料、新能源以及可持續發展戰略的需求。

近年來，已探索的對電極材料主要分為四類，即碳材料、導電聚合物、化合物(如碳化物、氮化物、氧化物、硫化物、硒化物)以及合金材料(如鈷鎳合金、鉑合金)。諸多對電極材料都展現出了良好的催化活性和導電性。而性能優異的對電極材料不僅要具有高催化活性和強導電性，而且還要具有化學穩定性、大比表面積及其功函數與電解質電位相匹配特性。這是因為對電極的溶解是影響DSSC穩定性的主要因素之一，比表面積影響著電催化活性位點數目，功函數與電解質電位匹配特性也影響著電催化性能。在諸多對電極材料中，硒化物不僅具有納米材料的共有特性，而且在光學、電學等方面也具有特殊性能，正逐漸成為能量存儲與轉化材料中的一個研究熱點。在DSSC研究中，硒化物對電極不僅具有成本低、制備工藝簡單、化學穩定性好等優點，而且還表現出了與鉑電極相當的電催化性能。但硒化物對電極仍然還存在關鍵問題尚未解決，如硒化物的電催化活性及其構成的DSSC光電性能都有待進一步提高。要想解決這些問題，必須要更深層次的設計構筑與表征分析硒化物納米材料。

為了提高硒化物對電極的電催化性能，已探究了納米晶、多孔結構、中空結構、納米片等多種形貌與物相的鈷基或鎳基或鈷鎳基硒化物對電極。一般認為主要有三種方式可以提高鈷基或鎳基或鈷鎳基硒化物對電極的電催化性能。第一種是增加對電極的催化活性位點數目。通常情況下，材料比表面積越大，其催化活性位點數目也就越多，從而有利于提高材料的催化活性。在材料內部構筑多孔結構以及減小材料粒徑獲得納米晶是增加材料比表面積的兩種重要方式，例如：Ni₃Se₄中空結構等硒化物的合成。第二種是提高電解質在對電極上的擴散速度。一般認為電解質在對電極上的擴散速度越大，越有助于提高對電極的電催化活性。而多孔結構不僅增加了對電極的有效催化活性面積，而且能為電解質提供擴散孔道，有利于提高電解質的擴散速度，例如：多孔Ni_0.85Se納米結構等硒化物的合成。第三種是設計構筑對電極材料的物相、結構及表面形貌，調控其功函數。在DSSC中，對電極功函數與電解質電位匹配的越好，越有利于降低電荷傳輸電阻，從而提高對電極的電催化活性。材料的功函數通?？杀硎緸檎婵漳芗壟c費米能級之差，因而通過構筑材料的物相、結構及表面形貌，就能有效調控其功函數，如過渡金屬硒化物的合成。