CN103971937A - 一种染料敏化太阳电池复合对电极及其制备方法 - Google Patents

一种染料敏化太阳电池复合对电极及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103971937A
CN103971937A CN201410188971.3A CN201410188971A CN103971937A CN 103971937 A CN103971937 A CN 103971937A CN 201410188971 A CN201410188971 A CN 201410188971A CN 103971937 A CN103971937 A CN 103971937A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dye
sensitized solar
supporting layer
counter electrode
solar cells
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
CN201410188971.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103971937B (zh
Inventor
刘喜哲
夏祥
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.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin 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 Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201410188971.3A priority Critical patent/CN103971937B/zh
Publication of CN103971937A publication Critical patent/CN103971937A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103971937B publication Critical patent/CN103971937B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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

Landscapes

  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

本发明的一种染料敏化太阳电池复合对电极及其制备方法，属于太阳能电池的技术领域。复合对电极的结构是以导电玻璃为基底(1)，在基底(1)上有氧化锑锡材料的多孔膜结构的支撑层(2)，在支撑层(2)的表面有聚3,4-乙撑二氧噻吩材料的导电聚合物膜(3)。制备有配置氧化锑锡浆料、制备支撑层2和气相沉积制得复合对电极的过程。本发明的原料避免了铂电极昂贵的价格，并以高导电性和高催化活性可替代铂对电极，具有经济优势；氧化锑锡多孔膜和多孔聚3,4-乙撑二氧噻吩复合对电极的制备过程简单，操作简易，适于大规模生产。

Description

一种染料敏化太阳电池复合对电极及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能利用的技术领域，涉及一种新型染料敏化太阳电池多孔PEDOT复合对电极及其制备方法。
背景技术
长久以来，染料敏化太阳电池对电极主要是铂电极，其优点是导电性好，催化活性高。但由于铂属于稀有金属，价格昂贵，故而一直制约着染料敏化太阳电池的实际应用。目前，研究工作者们正寻找着可以代替铂电极的新材料，其中导电聚合物PEDOT以其良好的成膜性、催化活性和导电性成为对电极的理想材料。制备PEDOT的方法主要是氧化聚合和电化学聚合。氧化聚合的不足是得到的产物不易分离，通常有其它的掺杂物。电化学聚合的不足是操作复杂，并且受到基底导电性的影响，导电性不好会导致成膜不均匀，不易大面积使用。此外，由于PEDOT性能主要受自身活性区域的影响，因而提高它的比表面积是提高PEDOT对电极性能的关键因素。目前有研究者Wu利用掺杂炭黑的方法以提高PEDOT的活性区域，从而实现染料敏化太阳电池效率达到7.01％【参考文献1：Low costpoly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate/carbon black counterelectrode for dye-sensitized solar cells.Electrochimica Acta2012,67,113-118.】。也有研究者LEE利用掺杂多壁碳纳米管的方法提高PEDOT的活性区域，从而实现染料敏化太阳电池效率达到8.08％【参考文献2：Effects of mesoscopic poly(3,4-ethylenedioxythiophene)films as counter electrodes for dye-sensitized solar cells.Thin Solid Films2010,518,1716-1721.】。
发明内容
本发明的目的是为了克服PEDOT对电极活性区域小以及不能大规模使用的缺点，给出一种合理的结构和合成方法，既能提高PEDOT对电极的活性，进一步提高染料敏化太阳电池的性能，又给未来大规模生产提出一种方法。
一种染料敏化太阳电池多孔PEDOT复合对电极制备方法，以导电玻璃为基底、氧化锑锡(ATO)纳米颗粒和聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)顺序成膜。其结构是：ATO支撑层具有多孔结构，PEDOT膜采用气相沉积的方式制备，以保持ATO多孔结构形貌。
本发明的目的通过以下具体的技术方案来实现。
一种染料敏化太阳电池复合对电极，以导电玻璃为基底1，其特征在于，在基底1上有氧化锑锡(ATO)材料的多孔膜结构的支撑层2，在支撑层2的表面有导电聚合物膜3，构成多孔结构的染料敏化太阳电池复合对电极；所述的导电聚合物膜3，是聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)膜。
聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)的结构如下。
其中，n＝10～100。
所述的导电玻璃，优选掺杂氟的SnO2透明导电玻璃(FTO)或氧化铟锡透明导电玻璃(ITO)。
所述的支撑层2厚度约为500～600纳米。
复合对电极的制备：首先，为了提高PEDOT膜的比表面积，引入ATO纳米导电粉。ATO纳米导电粉、松油醇、乙基纤维素、月桂酸和乙醇的质量配比为1:6:0.3:0.1:15。随后将制备好的ATO纳米导电粉浆料成膜，随后高温烧结，去除ATO膜中的非导电粉物质，使得ATO膜具有多孔结构，并以此作为PEDOT的支撑层。其次，为了简易制备PEDOT膜，采用气相沉积的方法。利用DBEDOT单体在加热情况下会挥发的特性，将ATO多孔膜置于2,5-二溴-3,4-乙撑二氧噻吩DBEDOT单体上方，让DBEDOT蒸汽在ATO膜上进行聚合反应，最终形成的PEDOT保持ATO膜的多孔结构，得到染料敏化太阳电池复合对电极。
本发明的染料敏化太阳电池复合对电极制备方法的技术方案如下所述。
一种染料敏化太阳电池复合对电极的制备方法，有配置氧化锑锡浆料、制备支撑层2和气相沉积制得复合对电极的过程；
所述的配置氧化锑锡浆料，是将氧化锑锡纳米导电粉、松油醇、乙基纤维素、月桂酸和乙醇按质量比为1:6:0.3:0.1:15混合均匀，得到氧化锑锡浆料；
所述的制备支撑层2，是将氧化锑锡浆料在导电玻璃的基底1上以旋涂、刮涂或印刷的方式成膜；经450～500℃烧结20～30分钟，形成氧化锑锡材料的多孔膜结构的支撑层2；
所述的气相沉积制得复合对电极，是将2,5-二溴-3,4-乙撑二氧噻吩(DBEDOT)单体与烧结好氧化锑锡多孔膜支撑层2的基底1一同放入容器，通入氮气作为保护气或者抽真空，再密封容器；对整个体系加热，在50～70℃下持续3～24小时，由2,5-二溴-3,4-乙撑二氧噻吩单体在支撑层2上聚合成聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)多孔膜；最终得到多孔结构的复合聚3,4-乙撑二氧噻吩对电极。
其中，2,5-二溴-3,4-乙撑二氧噻吩单体的分子结构如下：
其中，由2,5-二溴-3,4-乙撑二氧噻吩(DBEDOT)单体聚合成聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)的反应式为，
在配置氧化锑锡浆料时，为了使浆料的各成分混合均匀，可以在混合后进行机械或手工研磨。
在制备支撑层2时，所述的旋涂，可以在2000转/分钟的转速下旋涂30秒钟。
在气相沉积制得复合对电极时，所述的抽真空，容器内压强可以为100～400Pa；只要不大于400Pa即可。
本发明具有以下优点：
1，ATO纳米导电粉和DBEDOT单体价格低廉，避免了铂电极昂贵的价格，因而具有经济优势。
2，染料敏化太阳电池复合PEDOT对电极的ATO多孔膜制备简单，操作简易，可进行大规模生产。
3，染料敏化太阳电池多孔PEDOT复合对电极的PEDOT膜，通过气相沉积的方法，制备简单，操作简易，不受基底导电性的影响，可以在非导电的基底上成膜。
4,染料敏化太阳电池多孔PEDOT复合对电极结合了ATO的导电性、ATO的多孔结构、PEDOT的导电性和PEDOT的高催化活性，可以替代铂对电极。
附图说明
图1是本发明的一种结构的局部剖面示意图。
图2是实施例1的ATO层的扫描电子显微镜图片。
图3是实施例1的PEDOT复合对电极的扫描电子显微镜图片。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的结构作进一步地描述。
实施例1
复合PEDOT对电极以FTO导电玻璃为基底1，将ATO纳米导电粉、松油醇、乙基纤维素、月桂酸和乙醇的质量配比为1:6:0.3:0.1:15混合均匀，得到ATO浆料。取ATO浆料100微升，设置匀胶机转速2000转/分钟，持续时间30秒，在导电玻璃基底1上得到均匀厚度的ATO膜。随后，对制备的ATO膜进行烧结，温度为450摄氏度，持续时间30分钟，去除ATO膜中的非导电粉物质，得到由ATO多孔膜构成的支撑层2。
将50毫克DBEDOT单体与烧结好的ATO多孔膜支撑层2一同放入容积为100毫升的锥形瓶中，并通入氮气作为保护气，之后将锥形瓶密封。对整个体系加热，温度70摄氏度，持续时间3小时，得到PEDOT多孔膜，即导电聚合物膜3。最终得到多孔结构的复合PEDOT对电极，复合PEDOT对电极结构的剖面示意图见图1。
经过测试，基于该对电极的染料敏化太阳电池器件光电转化效率达到7.47％其性能和铂电极转化效率7.54％相媲美。与此同时，未利用ATO作为支撑层2的PEDOT电极效率仅有6.09％。其中利用扫描电子显微图片(图2)看出得到的ATO是一层多孔结构的膜；扫描电子显微图片(图3)看出复合PEDOT对电极也是多孔结构。对比图2和图3可以看出，PEDOT包裹在ATO表面。
测试染料敏化太阳电池器件是利用氙灯模拟太阳光源，并在1个标准太阳光下测试，得出如上所述效率，准确有效。利用循环伏安法测试PEDOT复合对电极和铂电极，并用银/氯化银作为参比电极，得出PEDOT复合电极的峰电位差为0.315伏特，铂电极峰电位差为0.340伏特。两者都有很小的峰电位差，更小的峰电位差表明PEDOT复合对电极比铂对电极的催化活性还要好。
实施例2
复合PEDOT对电极以ITO导电玻璃为基底1，将ATO纳米导电粉、松油醇、乙基纤维素、月桂酸和乙醇的质量配比为1:6:0.3:0.1:15混合均匀，得到ATO浆料。取ATO浆料100微升，设置匀胶机转速2000转/分钟，持续时间30秒，在导电玻璃基底1上得到均匀厚度的ATO膜。随后，对制备的ATO膜进行烧结，温度为500摄氏度，持续时间20分钟，得到ATO多孔膜，作为支撑层2。
将100毫克DBEDOT单体与烧结好的ATO多孔膜一同放入容积为200毫升的锥形瓶中，将锥形瓶抽真空并密封。对整个体系加热，温度50摄氏度，持续时间24小时，得到PEDOT多孔膜，构成导电聚合物膜3。最终得到复合PEDOT对电极。经过测试，基于该对电极的染料敏化太阳电池器件光电转化效率达到7.62％，其性能和铂电极相媲美。

Claims (6)

1.一种染料敏化太阳电池复合对电极，以导电玻璃为基底(1)，其特征在于，在基底(1)上有氧化锑锡材料的多孔膜结构的支撑层(2)，在支撑层(2)的表面有导电聚合物膜(3)，构成多孔结构的染料敏化太阳电池复合对电极；所述的导电聚合物膜(3)，是聚3,4-乙撑二氧噻吩膜。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳电池复合对电极，其特征在于，所述的支撑层(2)，厚度为500～600纳米。
3.根据权利要求1或2所述的染料敏化太阳电池复合对电极，其特征在于，所述的导电玻璃，是掺杂氟的SnO2透明导电玻璃或氧化铟锡透明导电玻璃。
4.一种权利要求1的染料敏化太阳电池复合对电极的制备方法，有配置氧化锑锡浆料、制备支撑层(2)和气相沉积制得复合对电极的过程；
所述的配置氧化锑锡浆料，是将氧化锑锡纳米导电粉、松油醇、乙基纤维素、月桂酸和乙醇按质量比为1:6:0.3:0.1:15混合均匀，得到氧化锑锡浆料；
所述的制备支撑层(2)，是将氧化锑锡浆料在导电玻璃的基底(1)上旋涂、刮涂或印刷成膜；经450～500℃烧结20～30分钟，形成氧化锑锡材料的多孔膜结构的支撑层(2)；
所述的气相沉积制得复合对电极，是将2,5-二溴-3,4-乙撑二氧噻吩单体与烧结好氧化锑锡多孔膜支撑层(2)的基底(1)一同放入容器，通入氮气作为保护气或者抽真空，再密封容器；对整个体系加热，在50～70℃下持续3～24小时，由2,5-二溴-3,4-乙撑二氧噻吩单体在支撑层(2)上聚合成聚3,4-乙撑二氧噻吩多孔膜；最终得到多孔结构的复合聚3,4-乙撑二氧噻吩对电极。
5.根据权利要求4所述的染料敏化太阳电池复合对电极的制备方法，其特征在于，在配置氧化锑锡浆料时，混合后进行机械或手工研磨。
6.根据权利要求4或5所述的染料敏化太阳电池复合对电极的制备方法，其特征在于，在制备支撑层(2)时，所述的旋涂，是在2000转/分钟的转速下旋涂30秒钟。
CN201410188971.3A 2014-05-06 2014-05-06 一种染料敏化太阳电池复合对电极及其制备方法 Expired - Fee Related CN103971937B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410188971.3A CN103971937B (zh) 2014-05-06 2014-05-06 一种染料敏化太阳电池复合对电极及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410188971.3A CN103971937B (zh) 2014-05-06 2014-05-06 一种染料敏化太阳电池复合对电极及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103971937A true CN103971937A (zh) 2014-08-06
CN103971937B CN103971937B (zh) 2016-09-07

Family

ID=51241313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410188971.3A Expired - Fee Related CN103971937B (zh) 2014-05-06 2014-05-06 一种染料敏化太阳电池复合对电极及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103971937B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111370233A (zh) * 2020-03-13 2020-07-03 长江师范学院 一种硒化铅/氧化锡锑复合对电极的制备方法
CN113192765A (zh) * 2021-04-30 2021-07-30 重庆文理学院 一种多孔TiO2/PEDOT电极的制备方法及超级电容器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203377110U (zh) * 2013-07-18 2014-01-01 西安建筑科技大学 一种染料敏化太阳能电池复合结构对电极
US20140054442A1 (en) * 2012-07-20 2014-02-27 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Nanocomposite Photodetector

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140054442A1 (en) * 2012-07-20 2014-02-27 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Nanocomposite Photodetector
CN203377110U (zh) * 2013-07-18 2014-01-01 西安建筑科技大学 一种染料敏化太阳能电池复合结构对电极

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨文豪: ""ATO透明导电薄膜的性能及其在有机太阳电池中的应用研究"", 《中国优秀硕士学位论文 全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111370233A (zh) * 2020-03-13 2020-07-03 长江师范学院 一种硒化铅/氧化锡锑复合对电极的制备方法
CN111370233B (zh) * 2020-03-13 2021-10-26 长江师范学院 一种硒化铅/氧化锡锑复合对电极的制备方法
CN113192765A (zh) * 2021-04-30 2021-07-30 重庆文理学院 一种多孔TiO2/PEDOT电极的制备方法及超级电容器
CN113192765B (zh) * 2021-04-30 2023-06-20 重庆文理学院 一种多孔TiO2/PEDOT电极的制备方法及超级电容器

Also Published As

Publication number Publication date
CN103971937B (zh) 2016-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bella et al. Interfacial effects in solid–liquid electrolytes for improved stability and performance of dye-sensitized solar cells
Liu et al. Electropolymerization of high stable poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) in ionic liquids and its potential applications in electrochemical capacitor
Chen et al. Fabrication of high performance Pt counter electrodes on conductive plastic substrate for flexible dye-sensitized solar cells
Fu et al. Electrodeposition of platinum on plastic substrates as counter electrodes for flexible dye-sensitized solar cells
D’Arcy et al. Vapor-phase polymerization of nanofibrillar poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) for supercapacitors
Ma et al. “Brick-like” N-doped graphene/carbon nanotube structure forming three-dimensional films as high performance metal-free counter electrodes in dye-sensitized solar cells
Gong et al. Self-assembled monolayer of graphene/Pt as counter electrode for efficient dye-sensitized solar cell
Tang et al. An all-weather solar cell that can harvest energy from sunlight and rain
Peng et al. A printable graphene enhanced composite counter electrode for flexible dye-sensitized solar cells
Gong et al. Enhanced charge transportation in a polypyrrole counter electrode via incorporation of reduced graphene oxide sheets for dye-sensitized solar cells
Huang et al. Application of carbon materials as counter electrodes of dye-sensitized solar cells
Murakami et al. Counter electrodes for DSC: application of functional materials as catalysts
CN103112846B (zh) 一种石墨烯-碳纳米管-纳米二氧化锡三维复合材料的制备方法及其产品
Peng et al. In situ synthesis of platinum/polyaniline composite counter electrodes for flexible dye-sensitized solar cells
Zhao et al. Flexible counter electrodes based on mesoporous carbon aerogel for high-performance dye-sensitized solar cells
Veerappan et al. Amorphous carbon as a flexible counter electrode for low cost and efficient dye sensitized solar cell
Chi et al. Highly efficient I2-free solid-state dye-sensitized solar cells fabricated with polymerized ionic liquid and graft copolymer-directed mesoporous film
CN101587781A (zh) 一种全喷涂工艺制备染料敏化太阳能电池的方法
Yue et al. A highly efficient flexible dye-sensitized solar cell based on nickel sulfide/platinum/titanium counter electrode
Liu et al. Two-step electrochemical synthesis of polypyrrole/reduced graphene oxide composites as efficient Pt-free counter electrode for plastic dye-sensitized solar cells
CN105417532A (zh) 一步法制备高氮掺杂石墨烯
Yue et al. Glucose aided synthesis of molybdenum sulfide/carbon nanotubes composites as counter electrode for high performance dye-sensitized solar cells
Yang et al. N-doped hierarchical hollow mesoporous carbon as metal-free cathode for dye-sensitized solar cells
Chang et al. Morphological influence of polypyrrole nanoparticles on the performance of dye–sensitized solar cells
Lin et al. Flexible carbon nanotube/polypropylene composite plate decorated with poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) as efficient counter electrodes for dye-sensitized solar cells

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
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160907

Termination date: 20170506

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee