CN102568838A - 敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极及制备方法 - Google Patents

敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102568838A
CN102568838A CN2011103891606A CN201110389160A CN102568838A CN 102568838 A CN102568838 A CN 102568838A CN 2011103891606 A CN2011103891606 A CN 2011103891606A CN 201110389160 A CN201110389160 A CN 201110389160A CN 102568838 A CN102568838 A CN 102568838A
Authority
CN
China
Prior art keywords
onion
fto
electrode
solar cell
counter electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011103891606A
Other languages
English (en)
Inventor
魏翠柳
邹小平
孙哲
于肇贤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Information Science and Technology University
Original Assignee
Beijing Information Science and Technology University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Information Science and Technology University filed Critical Beijing Information Science and Technology University
Priority to CN2011103891606A priority Critical patent/CN102568838A/zh
Publication of CN102568838A publication Critical patent/CN102568838A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极及制备方法。该类洋葱石墨纳米球对电极是在掺氟的导电玻璃FTO上生长了一层由类洋葱石墨纳米球组成的催化层。其制备方法包括如下步骤：(1)将蜡烛固定在实验台上；(2)将清洗干净的FTO固定在升降台上；(3)点燃蜡烛，FTO在火焰中停留片刻，可在FTO上获得由类洋葱石墨纳米球组成的碳对电极。该类洋葱石墨纳米球对电极具有高催化活性，高稳定性等特点，以该类洋葱石墨纳米球对电极组装的染料敏化太阳能电池，其光电转换效率略高于基于传统的Pt对电极的染料敏化太阳能电池。该制备方法不仅工艺简单、成本低廉，降低了染料敏化太阳能电池和量子点敏化太阳能电池的制作成本，而且环境友好，适合产业化生产。

Description

敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极及制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术，特别是涉及一种敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极及制备方法，属于纳米材料技术领域，也属于新能源技术领域。
背景技术
1991年，瑞士洛桑高等工业学院的Michael教授领导的研究小组将纳米晶多孔薄膜引入染料敏化太阳能电池(DSSC)中，使得这种电池的光电转换效率有了大幅度的提高，逐渐成为最有希望得到应用的新型太阳能电池之一。由于该电池以其低廉的成本、简单的工艺和相对较高的光电转换效率而引起了世界各国科学家和工业界的广泛关注，具有很好的应用前景。
敏化类太阳能电池由三部分组成：吸附染料的光阳极(TiO2薄膜)、含有氧化还原对(I3 -/I-)的电解质和对电极。对电极的作用是将外电路流入的电子传给电解质中的I3 -，并将其还原为I-。作为电池的重要组成部分，对电极的催化性能对整个电池的光电转化效率有着重要的影响。目前采用最多的是Pt对电极，虽然Pt对电极电阻低、催化活性好，但是Pt是贵金属，价格昂贵，不适合大规模生产和应用。而碳材料资源丰富且价格低廉，热稳定性和化学稳定性好，对I3 -/I-电子对催化性高，导电能力强，被看作是一种理想的铂替代物，因此被人们广泛研究。如黄振等人在Electrochemistry Communications(2007，9：596-598)报道了，用水热法以蔗糖为原料制备了纳米孔球行硬碳材料作为染料敏化太阳能电池的对电极，转化效率达到了4.7％。再如Q.W.Jiang等人在Electrochemistry Communications(2010，12：924-927)上报道了，将竹竿和橡木在900℃下烧4h，得到一种高度有序的微孔碳阵列作为染料敏化太阳能电池的对电极，获得了4.53％的转化效率。但是以上方法制备工艺复杂，并且需要高温设备。而本发明的类洋葱石墨纳米球对电极的制备方法具有制备工艺简单，制备条件要求较低，制备周期短等特点，并且将制备的类洋葱石墨纳米球对电极应用到DSSC中，其性能略优于Pt对电极。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，研制出一种类洋葱石墨纳米球对电极，在掺氟的导电玻璃FTO上制备了一层类洋葱石墨纳米球作为催化层，类洋葱石墨纳米球的直径在10-100nm之间，催化层的厚度为20-200μm，具有高催化活性、高稳定性等特点。
所述敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将蜡烛固定在实验台上；
(2)将清洁干净的FTO固定在升降台上，调节蜡烛芯顶部与FTO之间的距离，使FTO在制备过程中始终处于火焰中；
(3)点燃步骤(2)中的蜡烛，将FTO放入火焰中，停留片刻，然后熄灭蜡烛，待样品冷却后取下，在FTO上有黑色沉淀物生成，即得到类洋葱石墨纳米球对电极。
所述FTO与蜡烛芯顶部之间的距离为0.5-2.5cm。
所述的FTO在火焰中停留时间为1-60s。
所述的类洋葱石墨纳米球对电极的制备过程在大气环境中完成。
本发明的优点在于：该类洋葱石墨纳米球对电极对氧化还原电对有高的催化活性，能够提高光的吸收率，与Pt对电极相比，降低该电池生产成本的同时，保持了该电池高的光电转化效率。基于该类洋葱石墨纳米球对电极的染料敏化太阳能电池的性能略优于传统的Pt对电极。本发明的制备方法是蜡烛燃烧法，最大的优势是原料成本低廉，设备工艺简单，避免了高温和高真空条件的相应设备，同时制备周期短，这有效的降低了敏化类太阳能电池制作的生产成本，为该电池的产业化生产奠定了良好基础。
本发明将通过下面实例来进行举例说明，但是，本发明并不限于这里所描述的实施方案，本发明的实施例仅用于进一步阐述本发明。对于本领域的技术人员对本发明的内容所进行的替代、改动或变更，这些等价形式同样落入本申请所限定的范围内。
附图说明
图1为类洋葱石墨纳米球对电极的扫描电子显微镜照片，(a)为低倍，(b)为高倍。
图2为类洋葱石墨纳米球对电极的透射电子显微镜照片，(a)为低倍，(b)为高倍。
图3为类洋葱石墨纳米球对电极中单个石墨纳米球的透射电子显微镜照片。
图4为本发明的类洋葱石墨纳米球对电极和热分解法的Pt对电极组装的染料敏化太阳能电池的电流电压曲线对比图；A曲线对应于本发明的类洋葱石墨纳米球对电极；B曲线对应于Pt对电极。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例具体描述本发明的类洋葱石墨纳米球对电极和制备方法
实施例1
表1中4种实施例的类洋葱石墨纳米球对电极的具体制备过程如下：
(1)将蜡烛固定在实验台上；
(2)将清洁干净的FTO固定在升降台上，调节蜡烛芯与FTO之间的距离分别为1cm、1.5cm、2cm、2.5cm；
(3)点燃步骤(2)中的蜡烛，将FTO放入火焰中，停留1min，然后熄灭蜡烛，待样品冷却后取下，在FTO上有黑色沉淀物生成，即得到类洋葱石墨纳米球对电极1-4。
将制备的类洋葱石墨纳米球对电极组装成染料敏化太阳能电池。选用100目的丝网印刷版在FTO上印刷一层20nm的TiO2浆料，静置10min，在125℃下热处理6min然后再印刷一层200nm的TiO2浆料，使薄膜厚度约为6μm，静置10min，再在450℃下退火30min。再将TiO2薄膜放到0.2M的TiCl4溶液中，在70℃下持温30min，然后在450℃下退火30min，当温度降到80℃时，将TiO2薄膜取出，泡入0.3mM的N719染料中12h，作为敏化类太阳能电池的光阳极。对电极为本发明的类洋葱石墨纳米球对电极。为了作为对比，采用传统的热分解法制备Pt对电极。光阳极与对电极之间为碘电解质。组装好的电池在氙灯下测量电流与电压的电流-电压曲线。电池的各个参数列于表1。
表1
Figure BSA00000624805000031
实施例2
表2中4种实施例的类洋葱石墨纳米球对电极的具体制备过程如下：
(1)将蜡烛固定在实验台上；
(2)将清洁干净的FTO固定在升降台上，调节蜡烛芯与FTO之间的距离为2cm；
(3)点燃步骤(2)中的蜡烛，将FTO放入火焰中，分别停留5s，10s，13s，16s，然后熄灭蜡烛，待样品冷却后取下，在FTO上有黑色沉淀物生成，即得到类洋葱石墨纳米球对电极1-4，以基于Pt对电极的DSSC作对比。
将其组装成染料敏化太阳能电池，组装方法同实施例1。类洋葱石墨纳米球对电极及组装的染料敏化太阳能电池的各个参数列于表2。
表2
Figure BSA00000624805000041
当FTO放入火焰中13s时制备的类洋葱石墨纳米球对电极，其扫描电子显微镜照片和透射电子显微镜照片分别如图1和图2所示。从图2中可以清晰地看出类洋葱石墨纳米球的结构。以该对电极和Pt对电极组装染料敏化太阳能电池，其I-V曲线分别如图3所示，A曲线对应于本发明的类洋葱石墨纳米球对电极，B曲线对应于Pt对电极。
实施例3
(1)将蜡烛固定在实验台上；
(2)将清洁干净的FTO固定在升降台上，调节蜡烛芯与FTO之间的距离为2cm；
(3)点燃步骤(2)中的蜡烛，将FTO放入火焰中，停留13s，然后熄灭蜡烛，待样品冷却后取下，在FTO上有黑色沉淀物生成，即得到类洋葱石墨纳米球对电极。
将丝网印刷好的TiO2薄膜在30℃下，先浸入的0.3M Cd(NO3)2的乙醇与水的混合溶液中5min，然后取出用去离子水冲洗，然后在0.3M的Na2S的乙醇与水的混合溶液中5min，取出用去离子水冲洗。接着重复循环4次，得到敏化后的TiO2光阳极，其中乙醇与水的体积比为1∶1；将其组装成量子点敏化太阳能电池，电解质采用多硫化物电解质，组装方法同实施例1。
获得的量子点敏化太阳能电池的开路电压为0.28V，短路电流密度为1.92mA/cm2，填充因子为0.34，光电转换效率为0.18％。

Claims (7)

1.一种用于敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极，其特征在于，所述敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极的结构为在掺氟的导电玻璃FTO上生长了一层由类洋葱石墨纳米球组成的催化层。
2.根据权利要求1所述的敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极，其特征在于所述的类洋葱石墨纳米球直径在10-100nm之间。
3.根据权利要求1所述的敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极，其特征在于所述的催化层厚度为20-200μm。
4.一种敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将蜡烛固定在实验台上；
(2)将清洁干净的FTO固定在升降台上，调节蜡烛芯顶部与FTO之间的距离，使FTO在制备过程中始终处于火焰中；
(3)点燃步骤(2)中的蜡烛，将FTO放入火焰中，停留片刻，然后熄灭蜡烛，待样品冷却后取下，在FTO上有黑色沉淀物生成，即得到类洋葱石墨纳米球对电极。
5.按权利要求4所述的方法，其特征在于：FTO与蜡烛芯顶部之间的距离为0.5-2.5cm。
6.按权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的FTO在火焰中停留时间为1-60s。
7.按权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的类洋葱石墨纳米球对电极的制备过程在大气环境中完成。
CN2011103891606A 2011-11-30 2011-11-30 敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极及制备方法 Pending CN102568838A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011103891606A CN102568838A (zh) 2011-11-30 2011-11-30 敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011103891606A CN102568838A (zh) 2011-11-30 2011-11-30 敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102568838A true CN102568838A (zh) 2012-07-11

Family

ID=46414007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011103891606A Pending CN102568838A (zh) 2011-11-30 2011-11-30 敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102568838A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107633950A (zh) * 2017-09-20 2018-01-26 陈卓 一种用于染料敏化太阳能电池的复合碳基对电极及其制备方法
JP2018064037A (ja) * 2016-10-13 2018-04-19 国立大学法人島根大学 カーボンオニオンを用いた光吸収層形成方法およびバルクへテロ接合構造
CN111415822A (zh) * 2020-03-05 2020-07-14 沈阳农业大学 一种洋葱碳/二氧化锰阵列电极及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1598046A (zh) * 2004-08-25 2005-03-23 太原理工大学 化学气相沉积法制备洋葱状富勒烯

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1598046A (zh) * 2004-08-25 2005-03-23 太原理工大学 化学气相沉积法制备洋葱状富勒烯

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DE-HUA CHUNG等: "Flame synthesis of carbon nano-onions enhanced by acoustic modulation", 《NANOTECHNOLOGY》, 4 October 2010 (2010-10-04) *
STEPHEN LOURENS TANIHAHA等: "Fabrication and Characterization of Dye-sensitized Solar Cell using Blackberry Dye and Titanium Dioxide Nanocrystals", 《ACT.2010》, 31 December 2010 (2010-12-31) *
ZIXUE SU等: "New insight into the soot nanoparticles in a candle flame", 《CHEMCOMM》, 18 March 2011 (2011-03-18) *
刘贵山等: "富勒烯C60电沉积方法制备染料敏化太阳能电池对电极及性能分析", 《大连工业大学学报》, 31 January 2011 (2011-01-31) *
李靖等: "染料敏化太阳能电池对电极", 《物理化学学报》, 31 October 2011 (2011-10-31) *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018064037A (ja) * 2016-10-13 2018-04-19 国立大学法人島根大学 カーボンオニオンを用いた光吸収層形成方法およびバルクへテロ接合構造
CN107633950A (zh) * 2017-09-20 2018-01-26 陈卓 一种用于染料敏化太阳能电池的复合碳基对电极及其制备方法
CN111415822A (zh) * 2020-03-05 2020-07-14 沈阳农业大学 一种洋葱碳/二氧化锰阵列电极及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104362412B (zh) 一种ZnO/g-C3N4纳米复合材料及其制备方法
Wu et al. Co/Se and Ni/Se nanocomposite films prepared by magnetron sputtering as counter electrodes for dye-sensitized solar cells
CN101901693A (zh) 石墨烯复合染料敏化太阳能电池的光阳极及其制备方法
CN101567268B (zh) 一种三元双层二氧化钛膜的制备方法
Zhu et al. A novel TiO2 nanorod/nanoparticle composite architecture to improve the performance of dye-sensitized solar cells
CN102723212B (zh) 氧化铟锡纳米纤维/硫化镉量子点太阳能电池及其制备方法
TW201024472A (en) Zinc ferrite thin film, method for manufacturing the same and application thereof
CN108364792A (zh) 一种镍钴硒空心球状多级结构材料的制备方法及其应用
Nursam et al. Analysis of Catalytic Material Effect on the Photovoltaic Properties of Monolithic Dye-sensitized Solar Cells
CN102610394A (zh) 一种过渡金属掺杂式α-Fe2O3纳米棒阵列的制备方法
CN104362197B (zh) 一种立体采光式全固态太阳能电池及其制备方法
CN102568838A (zh) 敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极及制备方法
CN100541822C (zh) 一种纳米晶薄膜的染料敏化太阳能电池及其制备方法
Guli et al. Preparation and characterisation of TiO2 nanorod and nanotube films as photoanodes for dye-sensitised solar cells
CN102290250B (zh) 一种制备太阳能电池光阳极的方法
CN105826081A (zh) 一种二氧化钛基纳米棒阵列对电极及其制备方法和应用
Li et al. Transparent PEDOT counter electrodes for bifacial dye-sensitized solar cells using a cobalt complex mediator
Liu et al. TiO2 nanotube arrays and TiO2-nanotube-array based dye-sensitized solar cell
Effendi et al. Studies on graphene zinc-oxide nanocomposites photoanodes for high-efficient dye-sensitized solar cells
CN102543462A (zh) 一种用于敏化类太阳能电池的复合对电极及制备方法
CN107068409B (zh) 一种包含优化结构光电极的染料敏化太阳能电池
CN111778518A (zh) 一种高性能P:Fe2O3/FeOOH复合光电极及其制备方法和应用
JP5528871B2 (ja) 色素増感太陽電池対極のスクリーン印刷用カーボンペースト作製方法
Hu et al. Influence of anodization time on photovoltaic performance of DSSCs based on TiO2 nanotube array
CN111129316A (zh) 一种基于多功能复合集流体的碳基钙钛矿太阳能电池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120711