[發(fā)明專利]一種染料敏化太陽能電池用過渡金屬磷化物/氮摻雜碳納米管復合對電極材料及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110983076.0 | 申請日： | 2021-08-25 |
| 公開（公告）號： | CN113838673B | 公開（公告）日： | 2022-12-23 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 陳明;王曉騫;王艷寧;劉小剛;常雪萍 | 申請（專利權(quán)）人： | 信陽師范學院 |
| 主分類號： | H01G9/20 | 分類號： | H01G9/20;H01G9/042 |
| 代理公司： | 鄭州科維專利代理有限公司 41102 | 代理人： | 趙繼福 |
| 地址： | 464000 *** | 國省代碼： | 河南;41 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 染料 太陽能電池 過渡 金屬 磷化 摻雜 納米 復合 電極 材料 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種染料敏化太陽能電池用過渡金屬磷化物/氮摻雜碳納米管復合對電極材料及其制備方法：過渡金屬磷化物/氮摻雜碳納米管復合對電極材料是由過渡金屬磷化物和氮摻雜碳納米管組成，且過渡金屬磷化物是半嵌入在氮摻雜碳納米管的末端，過渡金屬磷化物在復合對電極材料中的質(zhì)量分數(shù)為20~50
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及染料敏化太陽能電池對電極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種染料敏化太陽能電池用過渡金屬磷化物/氮摻雜碳納米管復合對電極材料及其制備方法。
背景技術(shù)
隨著日益增長的化石燃料消耗、大量的碳排放、以及嚴重的環(huán)境污染等問題，國內(nèi)外研究人員開始探索綠色、環(huán)保以及能夠持久生產(chǎn)能源的新技術(shù)，以實現(xiàn)未來能源的長久穩(wěn)定供應。染料敏化太陽能電池作為一類代表性且十分有前景的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，由于能夠高效地將儲量豐富、清潔無污染的太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能，且器件制作工藝簡單、價格低廉，在最近幾年受到了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注 [1]。
染料敏化太陽能電池一般是由染料敏化的多孔二氧化鈦光陽極、含有碘三根離子/碘離子氧化還原電對的電解液和對電極三部分組成。對電極是染料敏化太陽能電池器件中的重要部件之一，主要是用于收集和傳輸外電路電子以及催化還原電解液中的碘三根離子為碘離子，進而再生染料敏化劑，對電池的光電轉(zhuǎn)換效率有很大影響。一般，理想的對電極材料需要滿足4個條件：①突出的電子導電性；②快速的電解液離子擴散能力；③優(yōu)異的電催化活性；④良好的化學穩(wěn)定性。貴金屬Pt是當前最常用且性能最佳的對電極材料。然而，Pt儲量有限，價格昂貴，且化學穩(wěn)定性不足（在腐蝕性的電解液中易生成非活性的PtI4），造成了其在染料敏化太陽能電池中難以規(guī)模化應用 [2]。因此，開發(fā)高效、穩(wěn)定且低成本的新型非鉑對電極材料成為規(guī)模化生產(chǎn)染料敏化太陽能電池的關(guān)鍵。目前開發(fā)的新型非鉑對電極材料主要包括以下幾類: 碳基材料（石墨、碳納米管、石墨烯、多孔碳等）[3-5]、金屬化合物（金屬碳化物、金屬氮化物、金屬硫化物、金屬硒化物和金屬磷化物等）[6]、導電聚合物 [7]、合金 [8]以及它們的復合物 [9]。
碳基材料，擁有大量的缺陷位點，高的比表面積，開放的孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，是目前最受矚目且已被廣泛應用的新型非鉑對電極材料。但是，唯一不足的是，純碳材料的電催化活性通常低于貴金屬Pt [10]。最近，研究者們開始利用多種方式來提升純碳材料的電催化活性，包括同素異形轉(zhuǎn)變、結(jié)晶程度調(diào)整、官能團嫁接、邊緣缺陷構(gòu)建、化學組分調(diào)控、形貌調(diào)變等。很多前期研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過將高密度的間隙型非貴金屬化合物均勻負載在導電氮摻雜多孔碳基體上是構(gòu)建高效碳基復合對電極材料的最有效方式之一，主要源于這種復合材料能夠同時實現(xiàn)結(jié)構(gòu)重整、組分調(diào)控及形貌優(yōu)化等多種改進，從而產(chǎn)生及暴露最大量的催化活性位點，同時又兼具高的電子-離子導電性 [11]。
氮摻雜的碳納米管，作為最具代表性的一維納米結(jié)構(gòu)的碳基體，已經(jīng)被廣泛用于與其他功能材料（例如金屬、氮化物、硫化物、磷化物、導電聚合物等）結(jié)合來構(gòu)建新型碳基復合材料 [12,13]。目前大多數(shù)情況下，構(gòu)建這種新型碳基復合材料選用的是異位負載方法。但是，通過異位負載方法引入的活性納米粒子是物理性負載在碳基體上，與碳基體粘合強度低且容易形成大的晶界和缺陷，在液態(tài)電解液中催化還原碘三根離子的過程中，極易造成活性組分的脫落以及在異質(zhì)結(jié)處產(chǎn)生較大的界面接觸阻抗，從而降低了電子傳輸速率和電荷轉(zhuǎn)移效率，最終導致較差的催化活性和較低的光電轉(zhuǎn)換效率。
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