CN102347140B - 一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，将导电基底与电源的负极连接，金属薄板与电源的正极连接，导电基底与金属薄板相对平行放置且间隔一定距离、放置在分散好的碳纳米管CNT溶液中，再施加直流电源进行电泳沉积，将CNT沉积到导电基底上；在沉积了CNT的导电基底上，喷涂一层氯铂酸溶液，得到制备好的对电极；与现有技术相比，本发明采用了采用CNT材料与Pt材料来制备染料敏化太阳能电池对电极，利用CNT材料的比表面积大的特性来提高制作的对电极结构的比表面积，提高对电极催化性能和电池的光电转换效率，同时CNT材料的应用可以降低电池的制作成本，从而有利于促进电池的商业化。

Description

一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法
技术领域：
本发明属于太阳能电池领域，涉及一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法。
背景技术：
染料敏化太阳能电池成本低廉、容易制备，被认为是硅太阳能电池最有力的替代者。该电池以I3 -/I-氧化还原电对作为媒介在光阳极和对电极之间传递电荷。在这个媒介再生的循环中，被氧化的物质(I2或I3 -)在对电极上重新被还原为I-。减小由于上述还原反应的存在，在对电极上的能量消耗是十分必要的。因此，作为电池的重要组成部分，对电极的电催化性能对整个电池的光电转换效率有着重要的影响。
传统的对电极是Pt电极，虽然Pt电极催化效果很好，但是Pt十分昂贵，因此急需发展廉价的对电极材料。自从上世纪90年代，碳纳米管被发现以来，因其具有独特的电子、化学及机械性能，在微电子、电化学、能源、机械等领域有着广泛的应用。CNT的纳米结构比表面积很大，有利于提高催化性能，从而能够保持电池在对电极上低的能量消耗和提高电池的光电转换效率。而且，碳材料有很强的化学惰性，耐腐蚀能力很强，从而能够提高电池的稳定性。
本发明提出采用CNT材料与Pt材料来制备染料敏化太阳能电池对电极，增大对电极结构的比表面积，提高对电极催化性能和电池的光电转换效率，降低电池的制作成本，从而有利于促进电池的商业化。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，采用CNT与Pt材料制备染料敏化太阳能电池用的对电极，增大对电极结构的比表面积，提高对电极的催化性能，从而提高电池的光电转换效率，同时降低电池对电极的制作成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
将导电基底与电源的负极连接，金属薄板与电源的正极连接，导电基底与金属薄板相对平行放置且间隔一定距离、放置在分散好的碳纳米管CNT溶液中，再施加直流电源进行电泳沉积，将CNT沉积到导电基底上，后将导电基底取出用乙醇、去离子水冲洗10min，80-100℃下干燥10-20min；
在沉积了CNT的导电基底上，喷涂一层氯铂酸溶液，后将导电基底放入到10mM NaBH4水溶液中，浸泡反应5-20min，反应温度在40-70℃，反应完成后取出导电基底，放入真空干燥箱中80-100℃下干燥4-8h，得到制备好的对电极；
所述的导电基底为透明导电玻璃、透明导电PET膜；
所述的碳纳米管溶液，是将CNT放入到浓硝酸和浓硫酸体积比为1∶2的混酸溶液中超声清洗1h，过滤后用去离子水清洗10min，取出3-20mg CNT，称量0.6g乙基纤维素，0.2g MgNO3加入到300mL异丙醇溶液中，超声分散1-2h，得到分散均匀的碳纳米管溶液；其中，碳纳米管长度为0.1-5μm，直径10-25nm；
所述电泳沉积工艺中导电基底与金属薄板的间距为2-8cm，沉积电压为2-15V，电流为3-15mA，沉积时间为3-20min；
所述氯铂酸溶液，氯铂酸含量质量百分比为0.2％-1.5％，溶剂为乙二醇、松油醇中的一种。
与现有技术相比，本发明提供的染料敏化电池对电极的制备方法，采用了采用CNT材料与Pt材料来制备染料敏化太阳能电池对电极，利用CNT材料的比表面积大的特性来提高制作的对电极结构的比表面积，提高对电极催化性能和电池的光电转换效率，同时CNT材料的应用可以降低电池的制作成本，从而有利于促进电池的商业化。
具体实施方式：
实施例1
一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，具体制备方法为：
碳纳米管溶液的配制：将CNT放入到浓硝酸和浓硫酸体积比为1∶2的混酸溶液中超声清洗1h，过滤后用去离子水清洗10min，取出3mg CNT，称量0.6g乙基纤维素，0.2g MgNO3加入到300mL异丙醇溶液中，超声分散1-2h，得到分散均匀的碳纳米管溶液，其中，碳纳米管长度为0.1μm，直径10nm。
将透明导电PET膜依次用乙醇、去离子水进行超声波清洗，每次清洗时间为5-20min，清洗完毕后用气枪吹干备用；将透明导电基底与金属薄板分别与电源的负、正极连接，并相对平行放置到分散好的碳纳米管CNT溶液中，间隔距离为2cm，再施加直流电源进行电泳沉积，沉积电压为2V，电流为3mA，沉积时间为3min；后将导电基底取出用乙醇、去离子水冲洗10min，80℃下干燥20min；
在沉积了CNT的导电基底上，喷涂一层氯铂酸溶液，氯铂酸溶液浓度为0.2％，溶剂为乙二醇，后将导电基底放入到10mM NaBH4水溶液中(其中10mM的含义是10毫摩尔)，浸泡反应5min，反应温度在40℃，反应完成后取出导电基底，放入真空干燥箱中80℃下干燥4h，得到制备好的对电极。
实施例2
一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，具体制备方法为：
碳纳米管溶液的配制：将CNT放入到浓硝酸和浓硫酸体积比为1∶2的混酸溶液中超声清洗1h，过滤后用去离子水清洗10min，取出20mg CNT，称量0.6g乙基纤维素，0.2gMgNO3加入到300mL异丙醇溶液中，超声分散1-2h，得到分散均匀的碳纳米管溶液，其中，碳纳米管长度为5μm，直径20nm。
将透明导电玻璃基板依次用洗洁精、丙酮、乙醇、去离子水进行超声波清洗，每次清洗时间为5-20min，清洗完毕后用气枪吹干备用；将透明导电基底与金属薄板分别与电源的负、正极连接，并相对平行放置到分散好的碳纳米管CNT溶液中，间隔距离为8cm，再施加直流电源进行电泳沉积，沉积电压为15V，电流为15mA，沉积时间为20min；后将导电基底取出用乙醇、去离子水冲洗10min，100℃下干燥20min；
在沉积了CNT的导电基底上，喷涂一层氯铂酸溶液，氯铂酸溶液浓度为1.5％，溶剂为松油醇，后将导电基底放入到10mM NaBH4水溶液中，浸泡反应20min，反应温度在70℃，反应完成后取出导电基底，放入真空干燥箱中100℃下干燥8h，得到制备好的对电极。
实施例3
一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，具体制备方法为：
碳纳米管溶液的配制：将CNT放入到浓硝酸和浓硫酸体积比为1∶2的混酸溶液中超声清洗1h，过滤后用去离子水清洗10min，取出15mg CNT，称量0.6g乙基纤维素，0.2gMgNO3加入到300mL异丙醇溶液中，超声分散1-2h，得到分散均匀的碳纳米管溶液，其中，碳纳米管长度为2μm，直径15nm。
将透明导电玻璃依次用乙醇、去离子水进行超声波清洗，每次清洗时间为5-20min，清洗完毕后用气枪吹干备用；将透明导电基底与金属薄板分别与电源的负、正极连接，并相对平行放置到分散好的碳纳米管CNT溶液中，间隔距离为5cm，再施加直流电源进行电泳沉积，沉积电压为10V，电流为10mA，沉积时间为15min；后将导电基底取出用乙醇、去离子水冲洗10min，100℃下干燥10min；
在沉积了CNT的导电基底上，喷涂一层氯铂酸溶液，氯铂酸溶液浓度为0.6％，溶剂为乙二醇，后将导电基底放入到10mM NaBH4水溶液中，浸泡反应10min，反应温度在56℃，反应完成后取出导电基底，放入真空干燥箱中100℃下干燥4h，得到制备好的对电极。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (5)

1.一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、将导电基底与电源的负极连接，金属薄板与电源的正极连接，导电基底与金属薄板相对平行放置且间隔一定距离、放置在分散好的碳纳米管溶液中，再施加直流电源进行电泳沉积，将碳纳米管沉积到导电基底上，后将导电基底取出用乙醇、去离子水冲洗10min，80-100℃下干燥10-20min；
b、在沉积了碳纳米管的导电基底上，喷涂一层氯铂酸溶液，后将导电基底放入到10mM NaBH4水溶液中，浸泡反应5-20min，反应温度在40-70℃，反应完成后取出导电基底，放入真空干燥箱中80-100℃下干燥4-8h，得到制备好的对电极。
2.如权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于：所述的导电基底为透明导电玻璃、透明导电PET膜。
3.如权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于：碳纳米管溶液的配制，将碳纳米管放入到浓硝酸和浓硫酸体积比为1：2的混酸溶液中超声清洗1h，过滤后用去离子水清洗1Omin，取出3-20mg碳纳米管，称量0.6g乙基纤维素，0.2gMgNO3加入到300mL异丙醇溶液中，超声分散1-2h，得到分散均匀的碳纳米管溶液；其中，碳纳米管长度为0.1-5μm，直径10-25nm。
4.如权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于：所述电泳沉积工艺中导电基底与金属薄板的间距为2-8cm，沉积电压为2-15V，电流为3-15mA，沉积时间为3-20min。
5.如权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于：所述氯铂酸溶液,氯铂酸含量质量百分比为0.2%-1.5%，溶剂为乙二醇、松油醇中的一种。
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