[發明專利]染料敏化太陽能電池用石墨烯/硒化鎳對電極的制備方法

在審

• 申請號: 201810066536.1
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108538586A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 王忠勝;馮傳起;李亞茹
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01G9/00
• 分類號: H01G9/00;H01G9/042;H01G9/20;H01L51/42;H01L51/44
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

本發明涉及一種染料敏化太陽能電池用石墨烯/硒化鎳對電極的制備方法，該復合物對電極由導電基底和石墨烯盒子/硒化鎳復合薄膜組成。該復合物電極特點為硒化鎳納米微球沉積在三維無蓋石墨烯盒子表面形成了獨特的形貌，從而兼具了高導電、高電催化特性，由此產生的協同效應極大的改善及提高了染料敏化太陽能電池的整體性能。本發明工藝簡單，條件溫和，環境友好，價格低廉，降低了對電極成本，有望應用于大規模染料敏化太陽能電池的工業化生產。

技術領域

本發明屬于電催化技術領域，具體涉及一種染料敏化太陽能電池用石墨烯/硒化鎳對電極的制備方法。

背景技術

自從1991年，瑞士科學家Gr?tzel等成功制備高效染料敏化太陽能電池以來（Nature, 1991, 353, 737），全世界科研人員開始對染料敏化太陽能電池進行廣泛而深入的研究。由于制備成本低，制備工藝簡單，能耗少使其成為最有望取代硅基太陽能電池的新一代太陽能電池。

染料敏化太陽能電池由光陽極、染料敏化劑、電解質、對電極構成，模仿植物光合作用通過染料吸收光子進而形成電子-空穴對對外輸出電能。目前染料敏化太陽能電池已達到兩位數的工作效率，已經具備了大規模商業化應用的潛質。過去的20多年，隨著科學家不斷地對染料敏化太陽能電池各個組分進行優化與改進，使得對于染料敏化太陽能電池的研究越來越深入。作為一個重要組成部分，對電極的催化性能對染料敏化太陽能電池的光電轉換效率有著重要的影響。利用Pt作為對電極可以取得較好的催化活性和綜合性能（J.Electrochem. Soc., 1997, 144, 876），然而Pt儲量少、價格貴，從而制約了染料敏化太陽能電池的發展。因此尋求一種低價高效兼具優秀導電與催化雙功能的對電極材料成為了該領域的一個研究熱點。

發明內容

本發明的目的在于針對傳統鉑對電極成本高，易受腐蝕等弊端，提供一種工藝簡單，條件溫和，價格低廉，環境友好，導電性高，催化活性好的染料敏化太陽能電池用石墨烯/硒化鎳對電極的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提供的染料敏化太陽能電池用石墨烯/硒化鎳對電極的制備方法，具體步驟如下：

（1）按照文獻方法（J. Mate. Chem., 2011, 21, 9491），制備立方體無蓋石墨烯盒子；

（2）將二氧化硒（1.0 mmol）和六水合氯化鎳(1.0 mmol)溶于36 mL去離子水中，攪拌半小時，加入水合肼（24 mL）和氨水（20 mL）,繼續攪拌半小時，然后加入步驟（1）得到的不同質量的立方體無蓋石墨烯盒子，在100~200 ℃下反應1~12 h，得到立方體無蓋石墨烯盒子/硒化鎳微球復合材料，抽濾洗滌后，70℃烘箱烘干；石墨烯與硒化鎳的質量比為1:10 ~ 1:1；硒化鎳微球沉積在立方體無蓋的石墨烯盒子表面；

（3）將步驟（2）得到的立方體無蓋石墨烯盒子/硒化鎳微球復合材料溶于乙醇和水的混合液中，乙醇和水的體積比1:1，然后按照不同滴涂量滴涂在導電基底上，120℃烘干，獲得立方體無蓋石墨烯盒子/硒化鎳微球復合物對電極，立方體無蓋石墨烯盒子/硒化鎳微球復合材料的負載量為2.5~50 μg/cm²。

利用本發明制備方法得到的染料敏化太陽能電池用石墨烯/硒化鎳對電極作為對電極，在染料敏化太陽能電池中的應用。

本發明的有益效果在于：

該復合物對電極由導電基底和石墨烯盒子/硒化鎳復合薄膜組成。該復合物電極特點為硒化鎳納米微球沉積在三維無蓋石墨烯盒子表面形成了獨特的形貌，從而兼具了高導電、高電催化特性，由此產生的協同效應極大的改善及提高了染料敏化太陽能電池的整體性能。按照本發明制備的立方體無蓋石墨烯盒子/硒化鎳微球對電極，具有優異的電催化性能，能量轉化效率超過熱解鉑對電極，而本發明工藝簡單，成本低廉，可大大降低對電極乃至染料敏化太陽能電池的制造成本，適用于染料敏化太陽能電池的大規模生產。

附圖說明