[發明專利]染料敏化太陽能電池對電極材料、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 202011043200.7
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112259378A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 詹世英;矯慶澤;黎漢生;王美春;張凱;丁坤鵬
• 申請（專利權）人: 銀隆新能源股份有限公司
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 梁文惠

本發明公開了一種染料敏化太陽能電池對電極材料、其制備方法及應用。該制備方法包括以下步驟：S1，對多壁碳納米管進行活化，然后洗滌干燥后得到活化多壁碳納米管；S2，將活化多壁碳納米管、鈷鹽先后分散在甲醇或乙醇中，得到第一溶液，將2?甲基咪唑溶解在甲醇/乙醇中，得到第二溶液，將第一溶液和第二溶液混合進行老化反應，然后清洗干燥得到ZIF?67@MWCNTs；S3，取ZIF?67@MWCNTs材料與硒粉在還原氣氛下進行高溫煅燒處理，并通入醇蒸汽作為碳源，冷卻至室溫后得到染料敏化太陽能電池對電極材料。本發明的染料敏化太陽能電池對電極材料提高了對電極材料的循環穩定性。

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，具體而言，涉及一種染料敏化太陽能電池對電極材料、其制備方法及應用。

背景技術

太陽能作為一種取之不盡、用之不竭、廣泛分布且使用過程環境影響小的新型綠色能源吸引了大量研究者的目光。

染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cell)自1991年被瑞士洛桑M.教授發明以來，以其較低的成本，簡易的結構，簡便的生產方法以及生產過程中極低的污染被視為大規模太陽能利用最理想的能量轉換裝置。典型的染料敏化太陽能電池是由光陽極、電解質、隔膜與對電極組成的三明治結構的裝置。對電極作為太陽能電池的重要組成部分，起到接受外電路電子并將電子傳輸給氧化態的電解質，使電解質還原的作用，如此反復以達到一個完整的電池過程。對電極材料的性能好壞直接影響著電池整體的光電轉化效率。

當前DSSC對電極大規模使用的對電極材料是性能優異的金屬鉑，然而鉑作為一種貴金屬儲量有限，且純化過程極為復雜，生產成本高昂，全球年產量僅有170噸(2017年)，不適合作為一種長期使用的消耗品。人工合成的以聚噻吩為代表的導電聚合物由于復雜的合成路線導致成本居高不下。過渡金屬硫族化合物催化性能較好，但導電性與穩定性較差；而單獨的碳材料雖然導電性與穩定性較好，但催化性能較差。

發明內容

本發明旨在提供一種染料敏化太陽能電池對電極材料、其制備方法及應用，以解決現有技術中鉑對電極價格昂貴的技術問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種染料敏化太陽能電池對電極材料的制備方法。該制備方法包括以下步驟：S1，采用濃硝酸與濃硫酸混合物對多壁碳納米管進行活化，然后洗滌至中性、干燥后得到活化多壁碳納米管；S2，將活化多壁碳納米管、鈷鹽先后分散在甲醇或乙醇中，得到第一溶液，將2-甲基咪唑溶解在甲醇/乙醇中，得到第二溶液，將第一溶液和第二溶液混合進行老化反應，然后清洗干燥得到穿插多壁碳納米管的ZIF-67，簡稱為ZIF-67@MWCNTs；S3，取ZIF-67@MWCNTs材料與硒粉在還原氣氛下進行高溫煅燒處理，并通入醇蒸汽作為碳源，冷卻至室溫后得到的表面長有碳納米管的CoSe@NPC/MWCNTs材料，即為染料敏化太陽能電池對電極材料。

進一步地，濃硝酸的質量分數≥60％，濃硫酸是指質量分數≥98％的硫酸溶液；優選的，濃硝酸與濃硫酸混合物中濃硝酸與濃硫酸的體積比為2:1～5:1。

進一步地，活化時的攪拌速度為200～300r/min，溫度為70～80℃，時間為10～20h。

進一步地，洗滌、干燥后得到活化多壁碳納米管包括：使用去離子水清洗至中性后分離干燥得到活化多壁碳納米管。

進一步地，活化多壁碳納米管、甲醛和硝酸鈷混合分散包括：取活化多壁碳納米管和甲醇混合，超聲分散均勻后，加入硝酸鈷繼續超聲至分散均勻。

進一步地，將第一溶液和第二溶液混合攪拌10～30min后的老化時間為2～24h；優選的，S2中的清洗是采用甲醇進行清洗；優選的，鈷鹽為選自由硝酸鈷、硫酸鈷、氯化鈷、硝酸鈷水合物、硫酸鈷水合物和氯化鈷水合物組成的組中的一種或多種；優選的，醇蒸汽為選自由乙醇、乙二醇、甲醇和丙醇組成的組中的一種或多種。