CN102592842A - 染料敏化太阳能电池中碳对电极的制备方法 - Google Patents

染料敏化太阳能电池中碳对电极的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102592842A
CN102592842A CN2012100948857A CN201210094885A CN102592842A CN 102592842 A CN102592842 A CN 102592842A CN 2012100948857 A CN2012100948857 A CN 2012100948857A CN 201210094885 A CN201210094885 A CN 201210094885A CN 102592842 A CN102592842 A CN 102592842A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
preparation
solution
electrode
mol
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.)
Granted
Application number
CN2012100948857A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102592842B (zh
Inventor
方国家
曾玮
陶洪
王静
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.)
Wuhan University WHU
Original Assignee
Wuhan University WHU
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 Wuhan University WHU filed Critical Wuhan University WHU
Priority to CN201210094885.7A priority Critical patent/CN102592842B/zh
Publication of CN102592842A publication Critical patent/CN102592842A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102592842B publication Critical patent/CN102592842B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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

本发明公开了一种染料敏化太阳能电池中对电极的制备方法，包括基底的准备；过渡金属盐溶液中添加十二烷基硫酸钠，将配好的溶液涂敷在基底上，然后自然风干，重复涂敷，风干后涂敷层的厚度为200nm～2μm；然后将基底置于酒精灯火焰中，加热10秒～10分钟。本发明的优点是：通过在过渡金属盐溶液中添加适量十二烷基硫酸钠，使一维碳复合材料形成了导电优良的三维微纳多孔结构，既有高的催化活性，又有小的串联电阻，从而提高电池效率。制备出的电池与常规使用铂作为催化剂的电池具有可比拟的能量转化效率，具有广阔的应用前景。

Description

染料敏化太阳能电池中碳对电极的制备方法
 
技术领域
本发明涉及染料敏化太阳能电池中碳对电极的制备方法，属于光电子材料和器件领域。
技术背景
染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cell，即DSSC）2011年效率已突破12%。自1991年问世，由于其低的制作成本、单易的制作工艺、易重复等优点，一直是研究领域的热点之一。虽然效率和稳定性有待提高，这种电池仍被认为是极具商业应用前景的光伏器件之一。DSSC是三明治结构，由光阳极，对电极和填充在其间的电解质构成。光阳极一般由导电玻璃和染料敏化的纳米多孔氧化物薄膜组成，且纳米多孔氧化物薄膜一般为多孔二氧化钛；对电极由导电层上沉积催化剂构成，催化剂一般为铂，电解质一般为I-/I3 -电对。高成本的铂一直是制约DSSC成本的瓶颈之一，低成本催化剂材料，如碳材料，导电聚合物的研究已经开展。其中，碳材料，如碳，碳纳米管，碳纳米纤维，石墨烯的研究已取得较大进展，基于碳材料的DSSC最高效率已达到9%，充分说明碳材料作为催化剂前景广泛。
作为一维纳米材料，空心的碳纳米管和实心的碳纳米纤维（其组合以下简称为一维碳复合材料）由于结构相近，制备方法也很接近，制备时经常共同产生。制备一维碳复合材料的方法较多。基于催化物（区别于DSSC的“催化剂”）来制备时，一般需要用一套设备制备催化物（Fe，Co，Ni等过渡金属或其氧化物），然后用另一套设备在催化物上原位生长一维碳复合材料，也有研究者尝试在同一套设备内进行，使催化物生成和一维碳复合材料生成这两步紧密连续且原位进行，通常称为一步法。可一步实现的实验方法，报道的有化学气相沉积，微波法，火焰法等。
作为一种低成本制备方法，火焰法能在开放的环境中制备出较高质量的一维碳复合材料，而一步实现的火焰法，使其制备更加简单。具有代表性的制备方法是使用金属片基底，浸渍过渡金属盐的乙醇溶液，干燥后，然后将基底在酒精灯火焰中加热，形成一维碳复合材料（CN101624184A；Li Fei, Zou Xiao-ping, et al, Preparation of carbon nanotubes by ethanol catalytic combustion technique using nickel salt as catalyst precursor, Transactions Of Nonferrous Metals Society Of China 2006(16): S381-S384；Qi, X., J. Zhang, et al.，A novel process for high-efficient synthesis of one-dimensional carbon nanomaterials from flames. Journal Of Materials Science & Technology 2008, 24(4): 603-607.）。然而这种方法制备的一维碳复合材料用作DSSC对电极催化剂时，催化活性不高。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种催化活性更高的染料敏化太阳能电池中对电极的的制备方法。
具体制备方法如下：
1）基底的准备
对基底进行清洗，以除去表面的油脂和杂质；对于可以与染料敏化太阳能电池中电解质反应的基底，在清洗后还要沉积不低于50nm厚的镍或钛作为保护层； 
2）溶液的配制和涂敷
溶解过渡金属的一种或多种盐，并在溶液中添加十二烷基硫酸钠，溶液中十二烷基硫酸钠与过渡金属正离子的摩尔比为(0.004～0.008):1；将配好的溶液涂敷在基底上，然后自然风干，重复涂敷，风干后涂敷层的厚度为200nm～2μm；（涂敷层若太薄效果不明显，太厚在步骤3）中不易烧透）
3）酒精灯加热
将基底置于酒精灯火焰中，加热10秒～10分钟。
所采用的对电极基底为耐高温平面状或网状固体，至少能承受750℃。
沉积保护层的方法为电镀或磁控溅射。
涂敷过渡金属溶液的方法可以为旋涂法、提拉法、刮涂法。
3）优化层。
为进一步提高对电极的催化活性，可以引入优化层。即在1）准备好的基底上先后沉积锡层、镍层，其中锡膜厚度为20nm～230nm，镍膜厚度为10nm～840nm。锡膜若太薄，达不到效果，太厚加热后容易从基底上脱落；镍膜若太薄，作为催化物的效果不明显，太厚则失去催化活性。
如果基底为导电基底（如碳布），可以使用电镀或磁控溅射沉积的方法。如果基底为非导电基底，如玻璃，可以使用磁控溅射沉积的方法。如果使用电镀沉积，需要在每次电镀后，在50～80℃热水中漂洗掉电镀液，然后在空气中自然风干，才能进行下一步处理。
该发明的制备方法的原理进一步阐述如下。
对基底的保护层处理，如沉积钛、镍保护层，是为了防止基底被电解质腐蚀。
当无优化层时，在酒精灯火焰加热的过程中，过渡金属盐和十二烷基硫酸钠会被分解成纳米状金属颗粒或氧化物，作为催化物生长一维碳复合材料，且形成三维微纳多孔结构。
当有优化层时，在酒精灯火焰加热的过程中，首先，锡、镍层形成球形催化物颗粒，生长一维碳复合材料，这些一维碳复合材料会被过渡金属盐和十二烷基硫酸钠包裹；过渡金属盐和十二烷基硫酸钠接着被分解成纳米状金属颗粒或氧化物，也作为催化物进一步生长一维碳复合材料，且形成三维微纳多孔结构。
添加的十二烷基硫酸钠，有如下功能：1）使制备出的一维碳复合材料有序多孔。在酒精灯加热的过程中，十二烷基硫酸钠由于熔点低（204-207℃），会移动到表层且分解产生和释放硫的氧化物气体，形成多孔结构。这种表层相对多孔，里层相对致密的结构既有利于电解质通过表层孔洞进入里层，发挥里层的催化作用，而且相对致密的里层使电池具有较低的串联电阻。但是，十二烷基硫酸钠的比例需要合适，若太小，效果不明显；太大，过量的气体会使得一维碳复合材料的里层也更多孔，使得内部接触变弱，电池串联电阻变大，电池性能降低。2）十二烷基硫酸钠热分解产生的碳可作为生长一维碳复合材料的碳源，从而减少制备时间。3）作为一种表面活性剂，十二烷基硫酸钠可以使配制的水溶液中的过渡金属盐分布均匀。
制备的一维碳复合材料中的比例，可以通过加热时间来控制，时间在30秒内，碳纳米管比例较大；时间在5分钟以上，碳纳米纤维比例较大；时间超过10分钟时，材料结构基本不变。
使用本发明方法制备的碳对电极制作染料敏化太阳能电池时，包括如下步骤：
1）光阳极的制备：将导电玻璃基底采用标准半导体工艺清洗，干燥，然后，在导电层上形成金属氧化物致密层和敏化的金属氧化物多孔薄膜；
2）对电极的制备；
3）将敏化好的光阳极和对电极叠加在一起，中间用电解质填充。
本发明的有益效果是：
1）同时添加过渡金属盐溶液与十二烷基硫酸钠后，一维碳复合材料形成有序多孔结构，即不仅有多孔性，而且与基底之间接触电阻小，这样不仅对电极的催化活性得到提升，而且减小电池的内部电阻，提高DSSC的效率；
2）添加的十二烷基硫酸钠可以提供碳源，减少一维碳复合材料的制备时间；
3）一维碳复合材料的制备方法简单且成本低廉，有利于广泛推广和使用；
4）本发明中的一维碳复合材料催化剂可以和其他催化剂搭配使用。
附图说明
图1是对电极采用平面基底，且含保护层时，DSSC的结构示意图，其中1-透明导电玻璃，2-金属氧化物致密层，3-吸附了染料被敏化的金属氧化物多孔层，4-电解液，5-催化层，6-保护层，7-对电极基底。
图2是本发明实施例1中生长的一维碳复合材料的扫描电镜图。
图3是本发明实施例3中生长的一维碳复合材料的扫描电镜图。
图4是实施例1中制得的太阳能电池的电流密度-电压曲线图：当只有对电极不同时，曲线1是Pt为对电极材料，曲线2配制溶液为0.25 mol/L NiSO4水溶液，曲线3配制溶液为0.25 mol/L NiSO4和2×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S混合水溶液，加热时间均为5分钟。
图5是实施例2制得的太阳能电池的电流密度-电压曲线图：当只有对电极不同时，曲线1无涂敷溶液；曲线2涂敷溶液为0.5 mol/L NiSO4水溶液，曲线3配制溶液为0.5 mol/L NiSO4和2×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S的混合水溶液。
图6是实施例3制得的太阳能电池的电流密度-电压曲线图：当只有对电极不同时，曲线1只有镀膜层，而无涂敷溶液，且酒精灯加热时间为40秒，曲线2配制溶液为0.1 mol/L CoCl2水溶液，且酒精灯加热时间为40秒，曲线3配制溶液为0.1 mol/L CoCl2，和0.5×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S的混合水溶液，且酒精灯加热时间为20秒。
图7是实施例4制得的太阳能电池的电流密度-电压曲线图：当只有对电极不同时，曲线1只有镀膜层，而无涂敷溶液，且酒精灯加热时间为40秒，曲线2配制溶液为0.2 mol/L Fe2(SO4)3水溶液，且酒精灯加热时间为40秒，曲线3配制溶液为0.2 mol/L Fe2(SO4)3，和1×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S的混合水溶液，且酒精灯加热时间为20秒。
图8是实施例5制得的太阳能电池的电流密度-电压曲线图：当只有对电极不同时，曲线1涂敷溶液为0.5 mol/L NiSO4水溶液，曲线2配制溶液为0.5 mol/L NiSO4，和2×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S的混合水溶液。
图9是实施例6制得的太阳能电池的电流密度-电压曲线图：当只有对电极不同时，曲线1只有镀膜层，而无涂敷溶液，曲线2涂敷溶液为0.25 mol/L NiCl2水溶液，曲线3配制溶液为0.25 mol/L NiCl2，和2×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S的混合水溶液。
图10是实施例7制得的太阳能电池的电流密度-电压曲线图：当光从光阳极侧入射时，只有对电极不同时，曲线1a只有镀膜层，而无涂敷溶液，曲线2a涂敷溶液为0.15 mol/L NiSO4和0.1 mol/L NiCl2水溶液，曲线3a配制溶液为0.15 mol/L NiSO4，0.1 mol/L NiCl2和2×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S的混合水溶液；当光从对电极侧入射时，只有对电极不同时，曲线1b只有镀膜层，而无涂敷溶液，曲线2b涂敷溶液为0.15 mol/L NiSO4和0.1 mol/L NiCl2水溶液，曲线3b配制溶液为0.15 mol/L NiSO4，0.1 mol/L NiCl2和2×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S的混合水溶液。
 
具体实施方式
实施例1：
1）清洗。以高纯Ti片和FTO玻璃为基底。对Ti片，先用砂纸打磨表面除去明显杂质且打磨光滑，再用棉签蘸取含洗洁精的去离子水溶液，擦洗基片，接着用含洗洁精的去离子水溶液冲洗干净，再依次用去离子水，乙醇，去离子水，丙酮超声清洗10分钟，接着在稀盐酸中浸泡30分钟除去金属杂质，再用丙酮超声清洗10分钟，烘干待用。对FTO玻璃，先用棉签蘸取含洗洁精的去离子水溶液，擦洗基片，接着用含洗洁精的去离子水溶液冲洗干净，再依次用去离子水，乙醇，去离子水，丙酮超声清洗10分钟，烘干待用。
2）制备光阳极。在干净的FTO玻璃上旋涂120 nm的TiO2致密层，接着在500℃下烧结15分钟，然后在致密TiO2层上涂敷一层DSSC常用的TiO2乳液，接着在450℃下烧结30分钟形成TiO2多孔层，重复上面涂敷和烧结过程可以控制TiO2多孔层的厚度约14μm，将烧结好的光阳极浸入60℃ 0.3 m mol/L的N719染料的乙醇溶液中敏化12个小时以上，取出室温下风干待用。
3）制备对电极。在80℃下，配制0.25 mol/L NiSO4，和2×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S的混合水溶液。用旋涂的方法在Ti片上制得一层约550nm(晾干后的厚度)的薄膜，在空气中常温晾干后，在酒精灯的内焰中，加热5分钟，生长得到多孔一维碳复合材料。
4）组装。将干净的载玻片、对电极、敏化过的光阳极和遮光板用夹具固定在一起，干净的载玻片用来隔开对电极与夹具，以便于测试和封装。对电极和光阳极之间滴加染料敏化电池常用的液体电解质（碘和碘化锂的液体电解质）。
5）测试。在AM1.5，一倍的太阳光强，遮光板透光面积为0.25 cm2的条件下对电池的性能进行测试。经过测试发现，当光从光阳极侧入射时，开路电压0.760V，短路电流密度12.476mA/cm2，填充因子0.687，转换效率6.514%。
以上步骤，当只改变步骤3）中的加热时间至10分钟时，电池性能为开路电压0.770V，短路电流密度12.480mA/cm2，填充因子0.679，转换效率6.523%。当只改变水溶液成份为0.25 mol/L NiSO4，而不含C12H25NaO4S时，电池性能为开路电压0.730V，短路电流密度12.992mA/cm2，填充因子0.633，转换效率6.008%。而在同一块光阳极下采用FTO上沉积约50 nm 厚Pt层作为对电极组装的电池中，其开路电压0.700V，短路电流密度14.656mA/cm2，填充因子0.639，转换效率6.552%。由此可以得出，本发明中添加剂C12H25NaO4S的使用，能增强电池性能，且本发明中的对电极和传统的Pt对电极相比，电池的转换效率很接近，但降低了原料成本和制作成本，且无镀膜处理，工艺简单。
 
实施例2：
1）清洗。以碳布和FTO玻璃为基底。对碳布用丙酮侵泡约8小时进行去胶处理，对FTO玻璃，用棉签蘸取含洗洁精的去离子水溶液，进行擦洗，接着用含洗洁精的去离子水溶液冲洗干净，再依次用去离子水，乙醇，去离子水，丙酮超声清洗20分钟，烘干待用。
2）制备光阳极。在干净的FTO玻璃上旋涂100 nm的TiO2致密层，接着在550℃下烧结10分钟，然后在致密TiO2层上涂敷一层DSSC常用的TiO2乳液，接着在500℃下烧结20分钟形成TiO2多孔层，重复上面涂敷和烧结过程可以控制TiO2多孔层的厚度约12μm，将烧结好的光阳极浸入60℃ 0.3 m mol/L的N719染料的乙醇溶液中敏化15个小时以上，取出室温下风干待用。
3）制备对电极。在20℃下，配制0.5 mol/L NiSO4和2×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S的混合水溶液。用提拉的方法在碳布上制得一层约1.2μm(晾干后的厚度)的薄膜，在空气中常温晾干后，在酒精灯的内焰中，加热2分钟，生长得到多孔一维碳复合材料。
4）组装。将干净的载玻片、对电极、敏化过的光阳极和遮光板用夹具固定在一起，干净的载玻片用来隔开对电极与夹具，以便于测试和封装。对电极和光阳极之间滴加聚偏氢氟乙烯-六氟丙烯共聚物[P(VDF-HFP)]准固态电解质。
5）测试。在AM1.5，一倍的太阳光强，遮光板透光面积为0.25 cm2的条件下对电池的性能进行测试。经过测试发现，当光从光阳极侧入射时，开路电压0.660V，短路电流密度6.680mA/cm2，填充因子1.000，转换效率4.408%。
以上步骤，当只改变步骤3）中的水溶液成份为0.5 mol/L NiSO4，而不含C12H25NaO4S时，电池性能为开路电压0.650 V，短路电流密度10.192 mA/cm2，填充因子0.593，转换效率3.929%。而不涂溶液时，其开路电压0.590V，短路电流密度8.900 mA/cm2，填充因子0.321，转换效率1.685%。由此可以得出，本发明中添加剂C12H25NaO4S的使用，能增强电池性能。
实施例3：
1）清洗。以不锈钢片和FTO玻璃为基底。对不锈钢片，先用砂纸打磨表面除去明显杂质且打磨光滑，再用棉签蘸取含洗洁精的去离子水溶液，擦洗基片，接着用含洗洁精的去离子水溶液冲洗干净，再依次用去离子水，乙醇，去离子水，丙酮超声清洗10分钟，烘干待用。对FTO玻璃，先用棉签蘸取含洗洁精的去离子水溶液，擦洗基片，接着用含洗洁精的去离子水溶液冲洗干净，再依次用去离子水，乙醇，去离子水，丙酮超声清洗10分钟，烘干待用。
2）制备光阳极。在干净的FTO玻璃上旋涂100 nm的TiO2致密层，接着在550℃下烧结10分钟，然后在致密TiO2层上涂敷一层DSSC常用的TiO2乳液，接着在500℃下烧结30分钟形成TiO2多孔层，重复上面涂敷和烧结过程可以控制TiO2多孔层的厚度约8μm，将烧结好的光阳极浸入40℃ 0.3 m mol/L的N719染料的乙醇溶液中敏化24个小时以上，取出室温下风干待用。
3）制备对电极。首先，在干净的不锈钢片上用磁控溅射的方法沉积约50 nm厚的Ti薄膜；接着，在80℃下，配制0.1 mol/L CoCl2，和0.5×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S的混合水溶液。然后，在基底上电镀一层约230nm厚的锡薄膜，在50～80℃热水中漂洗掉电镀液，再电镀一层约280nm厚的镍薄膜，同样在50～80℃热水中漂洗掉电镀液，在空气中常温晾干后，再将配置的溶液用旋涂的方法涂敷在基底上，厚度约220nm(晾干后的厚度)，干燥后，用酒精灯加热20秒，生长得到多孔一维碳复合材料。
4）组装。将干净的载玻片、对电极、敏化过的光阳极和遮光板用夹具固定在一起，干净的载玻片用来隔开对电极与夹具，以便于测试和封装。对电极和光阳极之间滴加染料敏化电池常用的液体电解质（碘和碘化锂的液体电解质）。
5）测试。在AM1.5，一倍的太阳光强，遮光板透光面积为0.25cm2的条件下对电池的性能进行测试。经过测试发现，当光从光阳极侧入射时，开路电压0.750V，短路电流密度10.896mA/cm2，填充因子0.639，转换效率5.223%。
以上步骤，当只改变步骤3）中的水溶液成份为0.1 mol/L CoCl2，而不含C12H25NaO4S时，酒精灯加热40秒，电池性能为开路电压0.750V，短路电流密度9.212mA/cm2，填充因子0.671，转换效率4.638%。而不涂溶液，只有电镀，酒精灯加热40秒，其开路电压0.710V，短路电流密度10.348mA/cm2，填充因子0.651，转换效率4.786%。由此可以得出，本发明中添加剂C12H25NaO4S与CoCl2的协同使用，能增强电池性能，且节约了酒精灯加热时间。
实施例4：
1）清洗。以金属Cu片和FTO玻璃为基底。对Cu片，先用砂纸打磨表面除去明显杂质且打磨光滑，再用棉签蘸取含洗洁精的去离子水溶液，擦洗基片，接着用含洗洁精的去离子水溶液冲洗干净，再依次用去离子水，乙醇，去离子水，丙酮超声清洗10分钟，烘干待用。对FTO玻璃，先用棉签蘸取含洗洁精的去离子水溶液，擦洗基片，接着用含洗洁精的去离子水溶液冲洗干净，再依次用去离子水，乙醇，去离子水，丙酮超声清洗10分钟，烘干待用。
2）制备光阳极。在干净的FTO玻璃上旋涂100 nm的TiO2致密层，接着在550℃下烧结10分钟，然后在致密TiO2层上涂敷一层DSSC常用的TiO2乳液，接着在500℃下烧结30分钟形成TiO2多孔层，重复上面涂敷和烧结过程可以控制TiO2多孔层的厚度约14μm，将烧结好的光阳极浸入60℃ 0.3 m mol/L的N719染料的乙醇溶液中敏化12个小时以上，取出室温下风干待用。
3）制备对电极。首先，在80℃下，配置0.2 mol/L Fe2(SO4)3，和1×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S的混合水溶液。然后，在干净的Cu片上用电镀的方法沉积约1.7 μm厚的Ni薄膜，在50～80℃热水中漂洗掉电镀液，接着在基底上电镀一层约230nm的锡薄膜，在50～80℃热水中漂洗掉电镀液，再电镀一层约840nm厚的镍薄膜，同样在50～80℃热水中漂洗掉电镀液，在空气中常温晾干后，再将配置的溶液用旋涂的方法涂敷在基底上，厚度约440nm(晾干后的厚度)，干燥后，用酒精灯加热20秒，生长得到多孔一维碳复合材料。
4）组装。将干净的载玻片、对电极、敏化过的光阳极和遮光板用夹具固定在一起，干净的载玻片用来隔开对电极与夹具，以便于测试和封装。对电极和光阳极之间滴加染料敏化电池常用的液体电解质（碘和碘化锂的液体电解质）。
5）测试。在AM1.5，一倍的太阳光强，遮光板透光面积为0.25cm2的条件下对电池的性能进行测试。经过测试发现，当光从光阳极侧入射时，开路电压0.770V，短路电流密度10.000mA/cm2，填充因子0.671，转换效率5.169%。
以上步骤，当只改变步骤3）中的水溶液成份为0.2 mol/L Fe2(SO4)3，而不含C12H25NaO4S时，酒精灯加热40秒，电池性能为开路电压0.770V，短路电流密度9.000mA/cm2，填充因子0.650，转换效率4.507%。而不涂溶液，只有电镀时，其开路电压0.770V，短路电流密度8.828mA/cm2，填充因子0.647，转换效率4.399%。由此可以得出，本发明中添加剂C12H25NaO4S的使用，能增强电池性能，且节约了酒精灯加热时间。
实施例5：
1）清洗。以普通载玻片和FTO玻璃为基底。对普通载玻片和FTO玻璃，先用棉签蘸取含洗洁精的去离子水溶液，进行擦洗，接着用含洗洁精的去离子水溶液冲洗干净，再依次用去离子水，乙醇，去离子水，丙酮超声清洗10分钟，烘干待用。
2）制备光阳极。在干净的FTO玻璃上旋涂120 nm的TiO2致密层，接着在550℃下烧结10分钟，然后在致密TiO2层上涂敷一层DSSC常用的TiO2乳液，接着在500℃下烧结30分钟形成TiO2多孔层，重复上面涂敷和烧结过程可以控制TiO2多孔层的厚度约14μm，将烧结好的光阳极浸入60℃ 0.3 m mol/L的N719染料的乙醇溶液中敏化12个小时以上，取出室温下风干待用。
3）制备对电极。在60℃下，配制0.5 mol/L NiSO4和2×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S的混合水溶液。用刮涂法在载玻片上制得一层薄膜，厚度约1.5μm(晾干后的厚度)，在空气中常温晾干后，在酒精灯的内焰中，加热2分钟，生长得到多孔一维碳复合材料。
4）组装。将对电极、敏化过的光阳极和遮光板用夹具固定在一起，以便于测试和封装。对电极和光阳极之间滴加染料敏化电池常用的液体电解质（碘和碘化锂的液体电解质）。
5）测试。在AM1.5，一倍的太阳光强，遮光板透光面积为0.25cm2的条件下对电池的性能进行测试。经过测试发现，当光从光阳极侧入射时，开路电压0.650V，短路电流密度0.240mA/cm2，填充因子0.256，转换效率0.040%。
以上步骤，当只改变步骤3）中的水溶液成份为 0.5 mol/L NiSO4，而不含C12H25NaO4S时，电池性能为开路电压0.670 V，短路电流密度0.006 mA/cm2，填充因子0.247，转换效率0.001%。而不涂溶液时，电池没有效率。由此可以得出，本发明中添加剂C12H25NaO4S的使用，能增强电池性能，制作的一维碳复合材料不仅可以用作催化剂，而且可以作为导电层。
实施例6：
1）清洗。以工业用金属Ti片和FTO玻璃为基底。对Ti片，先用砂纸打磨表面除去明显杂质且打磨光滑，再用棉签蘸取含洗洁精的去离子水溶液，擦洗基片，接着用含洗洁精的去离子水溶液冲洗干净，再依次用去离子水，乙醇，去离子水，丙酮超声清洗10分钟，接着在稀盐酸中浸泡20分钟除去金属杂质，再用丙酮超声清洗20分钟，烘干待用。对FTO玻璃，先用棉签蘸取含洗洁精的去离子水溶液，擦洗基片，接着用含洗洁精的去离子水溶液冲洗干净，再依次用去离子水，乙醇，去离子水，丙酮超声清洗10分钟，烘干待用。
2）制备光阳极。在干净的FTO玻璃上旋涂120 nm的TiO2致密层，接着在500℃下烧结10分钟，然后在致密TiO2层上涂敷一层DSSC常用的TiO2乳液，接着在450℃下烧结30分钟形成TiO2多孔层，重复上面涂敷和烧结过程可以控制TiO2多孔层的厚度约14μm，将烧结好的光阳极浸入60℃ 0.3 m mol/L的N719染料的乙醇溶液中敏化12个小时以上，取出室温下风干待用。
3）制备对电极。首先，在70℃下，配置0.25 mol/L NiCl2，和2×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S的混合水溶液。然后，在干净的Ti片上用磁控溅射的方法沉积一层约20nm厚的锡薄膜，再沉积一层约10nm厚的镍薄膜，在空气中常温晾干后，再将配置的溶液用旋涂的方法涂敷在基底上，厚度约550nm(晾干后的厚度)，干燥后，用酒精灯加热20秒，生长得到多孔一维碳复合材料。
4）组装。将干净的载玻片、对电极、敏化过的光阳极和遮光板用夹具固定在一起，干净的载玻片用来隔开对电极与夹具，以便于测试和封装。对电极和光阳极之间滴加染料敏化电池常用的液体电解质（碘和碘化锂的液体电解质）。
5）测试。在AM1.5，一倍的太阳光强，遮光板透光面积为 0.25cm2的条件下对电池的性能进行测试。经过测试发现，当光从光阳极侧入射时，开路电压0.810V，短路电流密度11.244mA/cm2，填充因子0.694，转换效率6.317%。
以上步骤，当只改变步骤3）中的水溶液成份为0.25 mol/L NiCl2，而不含C12H25NaO4S时，电池性能为开路电压0.790V，短路电流密度10.972mA/cm2，填充因子0.658，转换效率5.705%。而不涂溶液，只有磁控溅射的锡，镍膜时，其开路电压0.780V，短路电流密度10.816mA/cm2，填充因子0.692，转换效率5.836%。由此可以得出，本发明中添加剂C12H25NaO4S与NiCl2的共同作用，增强了电池性能。
实施例7：
1）清洗。以金属Cu网和FTO玻璃为基底。对Cu网，先用砂纸打磨表面除去明显杂质且打磨光滑，再用棉签蘸取含洗洁精的去离子水溶液，擦洗基片，接着用含洗洁精的去离子水溶液冲洗干净，再依次用去离子水，乙醇，去离子水，丙酮超声清洗10分钟，烘干待用。对FTO玻璃，先用棉签蘸取含洗洁精的去离子水溶液，擦洗基片，接着用含洗洁精的去离子水溶液冲洗干净，再依次用去离子水，乙醇，去离子水，丙酮超声清洗10分钟，烘干待用。
2）制备光阳极。在干净的FTO玻璃上旋涂100 nm的TiO2致密层，接着在550℃下烧结10分钟，然后在致密TiO2层上涂敷一层DSSC常用的TiO2乳液，接着在500℃下烧结30分钟形成TiO2多孔层，重复上面涂敷和烧结过程可以控制TiO2多孔层的厚度约14μm，将烧结好的光阳极浸入60℃ 0.3 m mol/L的N719染料的乙醇溶液中敏化12个小时以上，取出室温下风干待用。
3）制备对电极。首先，在Cu网上电镀生成约1.5 μm厚的Ni薄膜，在50～80℃热水中漂洗掉电镀液；接着，电镀约230nm厚的锡薄膜，在50～80℃热水中漂洗掉电镀液，电镀约140nm厚的镍薄膜，在50～80℃热水中漂洗掉电镀液，在空气中常温晾干；接着，在60℃下，配制0.15 mol/L NiSO4，0.1 mol/L NiCl2和2×10-3 mol/L 的C12H25NaO4S的混合水溶液，然后将配置的溶液用提拉的方法涂敷在基底上，厚度约1.2μm(晾干后的厚度)，干燥后，用酒精灯加热60秒，生长得到多孔一维碳复合材料。
4）组装。将干净的载玻片、对电极、敏化过的光阳极和遮光板用夹具固定在一起，干净的载玻片用来隔开对电极与夹具，以便于测试和封装。对电极和光阳极之间滴加染料敏化电池常用的液体电解质（碘和碘化锂的液体电解质）。
5）测试。在AM1.5，一倍的太阳光强，遮光板透光面积为0.25 cm2的条件下对电池的性能进行测试。经过测试发现，当光从光阳极侧入射时，开路电压0.780V，短路电流密度11.640 mA/cm2，填充因子0.704，转换效率6.396%；当光从对电极侧入射时，开路电压0.740V，短路电流密度1.870 mA/cm2，填充因子0.677，转换效率0.937%。
以上步骤，当只改变步骤3）中的水溶液成份为0.15 mol/L NiSO4，0.1 mol/L NiCl2，而不含C12H25NaO4S时，当光从光阳极侧入射时，开路电压0.780 V，短路电流密度8.612 mA/cm2，填充因子0.692，转换效率4.649%；当光从对电极侧入射时，开路电压0.750V，短路电流密度2.512 mA/cm2，填充因子0.701，转换效率1.321%。而不涂溶液，当光从光阳极侧入射时，开路电压0.810V，短路电流密度6.312mA/cm2，填充因子0.711，转换效率3.636%；当光从对电极侧入射时，开路电压0.780V，短路电流密度1.887mA/cm2，填充因子0.736，转换效率1.083%。由此可以得出，当光从光阳极入射时，本发明中添加剂C12H25NaO4S的使用，增强了电池性能。如果同时考虑光从光阳极和对电极的入射的共同效果，添加剂C12H25NaO4S的使用，也增强了电池性能。
Figure 2012100948857100002DEST_PATH_IMAGE002

Claims (6)

1.一种染料敏化太阳能电池中对电极的的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）基底的准备
对基底进行清洗，以除去表面的油脂和杂质；对于可以与染料敏化太阳能电池中电解质反应的基底，在清洗后还要沉积不低于50nm厚的镍或钛作为保护层； 
2）溶液的配制和涂敷
溶解过渡金属的一种或多种盐，并在溶液中添加十二烷基硫酸钠，溶液中十二烷基硫酸钠与过渡金属正离子的摩尔比为(0.004～0.008):1；将配好的溶液涂敷在基底上，然后自然风干，重复涂敷，风干后涂敷层的厚度为200nm～2μm；
3）酒精灯加热
将基底置于酒精灯火焰中，加热10秒～10分钟。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所采用的基底为平面状或网状固体。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，沉积保护层的方法为电镀或磁控溅射。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，涂敷过渡金属溶液的方法为旋涂法、提拉法或刮涂法。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，还包括在1）准备好的基底上先后沉积锡层、镍层，其中锡膜厚度为20nm～230nm，镍膜厚度为10nm～840nm。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在1）准备好的基底上沉积锡层、镍层的方法为电镀或磁控溅射。
CN201210094885.7A 2012-03-31 2012-03-31 染料敏化太阳能电池中碳对电极的制备方法 Active CN102592842B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210094885.7A CN102592842B (zh) 2012-03-31 2012-03-31 染料敏化太阳能电池中碳对电极的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210094885.7A CN102592842B (zh) 2012-03-31 2012-03-31 染料敏化太阳能电池中碳对电极的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102592842A true CN102592842A (zh) 2012-07-18
CN102592842B CN102592842B (zh) 2015-03-04

Family

ID=46481339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210094885.7A Active CN102592842B (zh) 2012-03-31 2012-03-31 染料敏化太阳能电池中碳对电极的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102592842B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105486820A (zh) * 2016-01-13 2016-04-13 时建华 一种带有气体检测功能的户外视频监控设备
CN105529191A (zh) * 2016-01-13 2016-04-27 张志华 一种基于高转化效率太阳能电池的停车场车牌识别设备
CN105675662A (zh) * 2016-01-13 2016-06-15 蔡权 一种基于自供能检测的建筑屋顶装饰材料
CN105674192A (zh) * 2016-01-13 2016-06-15 蔡雄 一种具有高灵敏检测功能的太阳能路灯
CN106287529A (zh) * 2016-07-27 2017-01-04 杨炳 一种基于太阳能的led照明装置
CN106373787A (zh) * 2016-10-14 2017-02-01 安徽大学 一种超级电容器电极的制备方法
CN110462863A (zh) * 2018-03-06 2019-11-15 株式会社Lg化学 用于制造有机太阳能电池的方法和通过使用其制造的有机太阳能电池

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101624184A (zh) * 2009-04-27 2010-01-13 北京信息科技大学 一种限域稳定扩散火焰制备碳纳米管的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101624184A (zh) * 2009-04-27 2010-01-13 北京信息科技大学 一种限域稳定扩散火焰制备碳纳米管的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAO SAN-CUN ET AL.: "Influence of Modification of Counter Electrode on Photoelectric Properties of Dye-sensitized TiO2 Solar Cells", 《CHEM.RES.CHINESE U》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105486820A (zh) * 2016-01-13 2016-04-13 时建华 一种带有气体检测功能的户外视频监控设备
CN105529191A (zh) * 2016-01-13 2016-04-27 张志华 一种基于高转化效率太阳能电池的停车场车牌识别设备
CN105675662A (zh) * 2016-01-13 2016-06-15 蔡权 一种基于自供能检测的建筑屋顶装饰材料
CN105674192A (zh) * 2016-01-13 2016-06-15 蔡雄 一种具有高灵敏检测功能的太阳能路灯
CN106287529A (zh) * 2016-07-27 2017-01-04 杨炳 一种基于太阳能的led照明装置
CN106373787A (zh) * 2016-10-14 2017-02-01 安徽大学 一种超级电容器电极的制备方法
CN110462863A (zh) * 2018-03-06 2019-11-15 株式会社Lg化学 用于制造有机太阳能电池的方法和通过使用其制造的有机太阳能电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN102592842B (zh) 2015-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Toward highly efficient CdS/CdSe quantum dots-sensitized solar cells incorporating ordered photoanodes on transparent conductive substrates
CN102592842B (zh) 染料敏化太阳能电池中碳对电极的制备方法
Khoo et al. One‐Step Hydrothermal Tailoring of NiCo2S4 Nanostructures on Conducting Oxide Substrates as an Efficient Counter Electrode in Dye‐Sensitized Solar Cells
Yoon et al. Enhanced performance of a dye-sensitized solar cell with an electrodeposited-platinum counter electrode
Aboagye et al. Electrospun carbon nanofibers with surface-attached platinum nanoparticles as cost-effective and efficient counter electrode for dye-sensitized solar cells
Faber et al. Earth-abundant cobalt pyrite (CoS2) thin film on glass as a robust, high-performance counter electrode for quantum dot-sensitized solar cells
Chen et al. Fabrication of high performance Pt counter electrodes on conductive plastic substrate for flexible dye-sensitized solar cells
Chen et al. Chemical deposition of platinum on metallic sheets as counterelectrodes for dye-sensitized solar cells
Sedghi et al. Influence of TiO2 electrode properties on performance of dye-sensitized solar cells
TWI330409B (en) Method for forming an electrode comprising an electrocatalyst layer thereon and electrochemical device comprising the same
Peiris et al. Enhanced performance of flexible dye-sensitized solar cells: Electrodeposition of Mg (OH) 2 on a nanocrystalline TiO2 electrode
Kim et al. Nickel doped cobalt sulfide as a high performance counter electrode for dye-sensitized solar cells
Wang et al. Electrodeposition of Cu2S nanoparticles on fluorine-doped tin oxide for efficient counter electrode of quantum-dot-sensitized solar cells
CN104616900A (zh) 一种钴镍双金属硫化物,制备方法及其应用
Fan et al. Low-cost, quasi-solid-state and TCO-free highly bendable dye-sensitized cells on paper substrate
JP2014031583A (ja) 集電体及び導電性配線としてのニッケル−コバルト合金、並びに透明導電性酸化物上へのこれらの堆積
Wang et al. Fabrication of novel AgTiO2 nanobelts as a photoanode for enhanced photovoltage performance in dye sensitized solar cells
Liu et al. A dual-functional Pt/CNT TCO-free counter electrode for dye-sensitized solar cell
Quy et al. Enhanced electrocatalytic activity of electrodeposited F-doped SnO2/Cu2S electrodes for quantum dot-sensitized solar cells
Zhang et al. Metal/metal sulfide functionalized single-walled carbon nanotubes: FTO-free counter electrodes for dye sensitized solar cells
Pauporté et al. Impedance spectroscopy study of N719-sensitized ZnO-based solar cells
Hessein et al. Improving the stability of CdS quantum dot sensitized solar cell using highly efficient and porous CuS counter electrode
Venkata-Haritha et al. Solution-processed morphology-controllable nanosphere structured highly efficient and stable nickel sulfide counter electrodes for dye-and quantum dot-sensitized solar cells
Moon et al. Titanium oxide films prepared by sputtering, sol gel and dip coating methods for photovoltaic application
Manjceevan et al. Optimization of performance and stability of quantum dot sensitized solar cells by manipulating the electrical properties of different metal sulfide counter electrodes

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant