CN103985547B - 一种镜面状硫化镍纳米片对电极及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镜面状硫化镍纳米片对电极及其应用，是采用水热法，在不添加任何表面活性剂或导向剂的条件下制备出镜面状硫化镍纳米片对电极，用于制备染料敏化太阳能电池。本发明制备过程简单，产品纯度高，通过其镜面反光效应可以增强光阳极对太阳光的二次吸收和利用，从而增加光电转换效率，使制成的染料敏化太阳能电池具有优良性能。

Description

一种镜面状硫化镍纳米片对电极及其应用
技术领域
本发明属于染料敏化太阳能电池技术领域，具体涉及一种镜面状硫化镍纳米片对电极及其应用。
背景技术
染料敏化太阳电池由于其理论转化效率高、工艺简单、环境友好、制备过程能耗少、成本低廉等优点而成为当今太阳能电池的研究热点。从目前研究结果来看，铂电极具有高催化活性和相对较低的超电势，是较早应用在染料敏化太阳能电池上的对电极。然而，由于铂的价格昂贵，储量稀少，极大地限制了染料敏化太阳能电池的大规模应用。硫化镍由于其形貌多样性，价格低廉，催化效率高等优点，被人们广泛研究用于替代铂电极，应用于染料敏化太阳能电池对电极中，但是，以往的方法中，或是制备时间过长，或是制备步骤繁琐，或是条件苛刻，至今还未有能在极短的时间内一步制备硫化镍对电极的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镜面状硫化镍纳米片对电极及其应用，其制备方法简单，制得的镜面状硫化镍纳米片对电极可替代铂电极，用于制备性能优良的染料敏化太阳能电池。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种镜面状硫化镍纳米片对电极在制备染料敏化太阳能电池的应用。其制备方法包括：将P25-TiO2粉末均匀分散在乙醇溶液中，得到TiO2浆体；利用丝网印刷方法将浆体涂在一块洁净的FTO导电玻璃上，525℃下烧结2h；将其浸渍在光敏染料溶液中24h后取出，与镜面状硫化镍纳米片对电极和液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
所述镜面状硫化镍纳米片对电极的制备方法，是采用水热法制备镜面状硫化镍纳米片对电极。
其制备方法包括以下步骤：
1）将六水合氯化镍和D-青霉胺溶于乙二醇溶液中，混匀；
2）将所得混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬中，放入一块洁净的ITO导电玻璃后装入反应釜；
3）经水热反应、洗涤、烘干，制得镜面状硫化镍纳米片对电极。
所述混合溶液中六水合氯化镍和D-青霉胺的摩尔比为1:2。
所述ITO导电玻璃的规格为1.5cm×3cm。
所述水热反应的反应温度为200℃，反应时间1小时。
所述洗涤是分别以水和乙醇为溶剂，各洗三次。
所述烘干的温度为70℃。
本发明的显著优点在于：
（1）本发明镜面状硫化镍纳米片对电极的制备方法简单，产品纯度高，其镜面反光效应可以增强光阳极对太阳光的二次吸收和利用，从而增加光子捕获效率和电荷产生效率。
（2）本发明利用简单的一步水热法，在不添加任何表面活性剂或导向剂的条件下制备镜面状的硫化镍纳米片对电极，其反应时间只需1h，较现有方法制备硫化镍对电极的反应时间（一般需10h）有明显缩短。以N719钌改性染料为敏化剂组装的染料敏化太阳能电池，在100mW/cm2的光强、AM1.5条件下，其最高光电转换效率为7.08%。
（3）本发明首次提供了一种镜面状硫化镍纳米片对电极用于组装成染料敏化太阳能电池。其原料价格低廉，制备方法简单方便，性能优异，可以替代铂电极作为染料敏化太阳能电池的对电极，从而降低应用的成本，具有较高的经济效益。
附图说明
图1为实施例制得的镜面状硫化镍纳米片对电极与溅射镜面状铂电极的对比图。
图2为实施例制得的镜面状硫化镍纳米片对电极的扫描电镜图。
图3为采用实施例镜面状硫化镍纳米片对电极制备的染料敏化太阳能电池与铂电极制备的染料敏化太阳能电池的I-V特性曲线。
具体实施方式
一种镜面状硫化镍纳米片对电极的制备方法，包括以下步骤：
1）将六水合氯化镍和D-青霉胺按摩尔比1:2溶于乙二醇溶液中，混匀；
2）将所得混合溶液转移至50ml聚四氟乙烯内衬中，放入一块规格为1.5cm×3cm的洁净ITO导电玻璃，放入反应釜后进行封装；
3）将封装好的反应釜放入200℃烘箱中反应1小时，取出，自然冷却至室温，分别以水和乙醇为溶剂各洗三次，再于70℃下烘干，制得镜面状硫化镍纳米片对电极。
将所得镜面状硫化镍纳米片对电极用于制备染料敏化太阳能电池，其制备方法包括：
1）将1g P25-TiO2粉末均匀分散在乙醇溶液中，得到TiO2浆体；
2）利用丝网印刷方法将浆体涂在一块洁净的FTO导电玻璃上，525℃下烧结2h；
3）将其浸渍在N719钌改性染料溶液中24h后取出，此时电极薄膜的颜色由白色变为深红色；再将其与镜面状硫化镍纳米片对电极、液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。
图1为本实施例制得的镜面状硫化镍纳米片对电极与溅射镜面状铂电极的对比图。图2为本实施例制得的镜面状硫化镍纳米片对电极的扫描电镜图。从图1中可以看出，本实施例制得的对电极较铂电极表面均匀、光滑，通过其镜面反光效应可以增强光阳极对太阳光的二次吸收和利用，从而增加光子捕获效率和电荷产生效率。
本实施例制得的染料敏化太阳能电池与铂电极制得的染料敏化太阳能电池，其电池效率如表1所示，其I-V特性曲线如图3所示。
表1硫化镍纳米片对电极与铂电极的电池效率
从表1和图3可以看出，利用镜面状硫化镍纳米片对电极制得的染料敏化太阳能电池，其效率与铂电极制得的染料敏化太阳能电池的效率基本一致，其光电转换效率甚至略高于铂电极制得的染料敏化太阳能电池，说明以镜面状硫化镍纳米片对电极替代铂电极制备染料敏化太阳能电池是可行的；同时原料价格低廉，可降低染料敏化太阳能电池的生产成本，具有较高的经济效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种镜面状硫化镍纳米片对电极的制备方法，其特征在于：所述镜面状硫化镍纳米片对电极采用水热法制得；其制备包括以下步骤：
1）将六水合氯化镍和D-青霉胺溶于乙二醇溶液中，混匀；
2）将所得混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬中，放入一块洁净的ITO导电玻璃后装入反应釜；
3）经水热反应、洗涤、烘干，制得镜面状硫化镍纳米片对电极；
所述水热反应的反应温度为200℃，反应时间1小时。
2.根据权利要求1所述镜面状硫化镍纳米片对电极的制备方法，其特征在于：所述混合溶液中六水合氯化镍和D-青霉胺的摩尔比为1:2。
3.根据权利要求1所述镜面状硫化镍纳米片对电极的制备方法，其特征在于：所述ITO导电玻璃的规格为1.5cm×3cm。
4.根据权利要求1所述镜面状硫化镍纳米片对电极的制备方法，其特征在于：所述洗涤是分别以水和乙醇为溶剂，各洗三次。
5.根据权利要求1所述镜面状硫化镍纳米片对电极的制备方法，其特征在于：所述烘干的温度为70℃。
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