CN104681296A - 一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极及其制备方法 - Google Patents

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杨术明
任欣欣
张文博
王红军
方旭旭
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Abstract

本发明公开了一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极，包括炭黑与掺铝的氧化锌水胶体均匀混合的复合物材料及用于涂敷上述复合物材料的导电玻璃；其制备方法通过下列步骤实现:(1)将炭黑与掺铝的氧化锌水胶体物质按比例混合成糊状物，充分研磨，得到混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物，备用；(2)清洗导电玻璃, 将步骤（1）中制得的炭黑/掺铝的氧化锌水胶体复合物涂敷在已清洗干净的导电玻璃上，干燥后烧结即得到用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极。本发明对电极具有成本低廉、电导率高、催化活性高等特点，因而可促进染料敏化纳米晶太阳能电池的大规模生产使用。

Description

一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种染料敏化太阳能电池的复合对电极及其制备方法。
背景技术
自1991年由瑞士Graetze1教授提出的染料敏化二氧化钛纳米晶薄膜太阳能电池 (Dsscs)，由于理论转化效率高、工艺简单、制备过程能耗少、成本低等优点，得到了学术界和工业界的广泛关注。作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分，对电极(counter electrode, CE)材料的价格、性能以及制备方法，直接关系到其将来的大规模应用。目前高性能的 DSSCs 电池主要是采用Pt作为对电极. Pt对电极虽然具有优越的性能, 但是较高的成本限制了它的大规模应用和工业化进程应用。
因此，开发可取代Pt对电极, 并具有廉价、高性能特征的对电极已经是一个急需解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种成本较低、制备工艺简单的炭黑复合对电极,用其代替染料敏化太阳能电池的Pt对电极，便于染料敏化太阳能电池的大规模应用。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极，包括炭黑与掺铝的氧化锌水胶体均匀混合的复合物材料及用于涂敷上述复合物材料的导电玻璃；
所述的炭黑的粒径小，比表面积大且粗糙，结构高，表面洁净化合物少，具有一定的导电性；
所述的掺铝的氧化锌水胶体为二水合乙酸锌和九水硝酸铝经过处理后的混合物；
所述的导电玻璃，为掺杂氟的SnO2透明导电玻璃,简称FTO；
一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极的制备方法, 通过下列步骤实现：
( 1 ) 将炭黑与掺铝的氧化锌水胶体物质按比例混合成糊状物，充分研磨，得到混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物，备用；
( 2 ) 清洗导电玻璃，将步骤（1）中制得的炭黑/掺铝的氧化锌水胶体复合物涂敷在已清洗干净的导电玻璃上，干燥后烧结即得到用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极；
一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极的制备方法, 通过下列步骤实现:
( 1 ) 将0.13g炭黑、0.3mL水和0.4mL10%的去曲拉通分别与0.2mL、 0.3mL、 0.4mL和 0.5 mL掺铝的氧化锌水胶体溶液混合成糊状，充分研磨，得到混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物, 备用；
( 2 ) 清洗导电玻璃, 将步骤（1）中制得的炭黑/掺铝的氧化锌水胶体复合物均匀涂在已清洗干净的导电玻璃上，干燥后在450℃烧结30min, 即可得到用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极；
一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极的制备方法，将0.13g炭黑与0.4mL掺铝的氧化锌水胶体、0.3mL水和0.4mL10%的去曲拉通溶液混合成糊状，充分研磨，得到混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物, 将配制好的混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物转移于导电玻璃上,并用玻璃棒涂抹均匀，干燥后450℃烧结30min,即得到用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极。
积极有益效果：本发明制备的用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极，采用有利于离子传输的比表面积比较大的炭黑作为催化还原主体材料，因而具有高性能的催化还原 I3 -的能力，该炭黑复合对电极不仅成本低,而且制各工艺简单、稳定性高、转换效率高等优点，可以解决染料敏化太阳能电池中Pt对电极成本高的问题, 有利于染料敏化太阳能电池的大规模生产应用。
附图说明
图1是本发明的炭黑/Pt对电极的 I-V曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步的说明：
一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极，包括炭黑与掺铝的氧化锌水胶体均匀混合的复合物材料及用于涂敷上述复合物材料的导电玻璃；
所述的炭黑的粒径小，比表面积大且粗糙，结构高，表面洁净化合物少，具有一定的导电性；
所述的掺铝的氧化锌水胶体为二水合乙酸锌和九水硝酸铝经过处理后的混合物；
所述的导电玻璃，为掺杂氟的SnO2透明导电玻璃,简称FTO；
一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极的制备方法, 通过下列步骤实现：
( 1 ) 将炭黑与掺铝的氧化锌水胶体物质按比例混合成糊状物，充分研磨，得到混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物，备用；
( 2 ) 清洗导电玻璃，将步骤（1）中制得的炭黑/掺铝的氧化锌水胶体复合物涂敷在已清洗干净的导电玻璃上，干燥后烧结即得到用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极；
一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极的制备方法, 通过下列步骤实现:
( 1 ) 将0.13g炭黑、0.3mL水和0.4mL10%的曲拉通分别与0.2mL、 0.3mL、 0.4mL和 0.5 mL掺铝的氧化锌水胶体溶液混合成糊状，充分研磨，得到混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物, 备用。
 ( 2 ) 清洗导电玻璃, 将步骤（1）中制得的炭黑/掺铝的氧化锌水胶体复合物均匀涂在已清洗干净的导电玻璃上，干燥后在450℃烧结30min, 即可得到用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极。
实施例1
将导电玻璃（FTO）裁剪成1.5 cmx2.5 cm大小的片,然后依次用洗洁精水超声30min,然后在KOH的异丙醇的溶液中浸泡过夜，然后用蒸馏水冲洗三次，备用，将当将0.13g炭黑与0.2mL掺铝的氧化锌水胶体、0.3mL水和0.4mL10%的曲拉通溶液混合成糊状，充分研磨，得到混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物，将混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物用玻璃棒刮涂在导电玻璃上，干燥后在马弗炉里450℃烧结30 min，得到具有催化活性的对电极。
实施例2
将导电玻璃（FTO）裁剪成1.5 cmx2.5 cm大小的片,然后依次用洗洁精水超声30min,然后在KOH的异丙醇的溶液中浸泡过夜，然后用蒸馏水冲洗三次，备用，将当将0.13g炭黑与0.3mL掺铝的氧化锌水胶体、0.3mL水和0.4mL10%的曲拉通溶液混合成糊状，充分研磨，得到混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物，将混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物用玻璃棒刮涂在导电玻璃上，干燥后在马弗炉里450℃烧结30 min，得到具有催化活性的对电极。
实施例3
将导电玻璃（FTO）裁剪成1.5 cmx2.5 cm大小的片,然后依次用洗洁精水超声30min,然后在KOH的异丙醇的溶液中浸泡过夜，然后用蒸馏水冲洗三次，备用，将当将0.13g炭黑与0.4mL掺铝的氧化锌水胶体、0.3mL水和0.4mL10%的曲拉通溶液混合成糊状，充分研磨，得到混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物，将混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物用玻璃棒刮涂在导电玻璃上，干燥后在马弗炉里450℃烧结30 min，得到具有催化活性的对电极。
实施例4
将导电玻璃（FTO）裁剪成1.5 cmx2.5 cm大小的片,然后依次用洗洁精水超声30min,然后在KOH的异丙醇的溶液中浸泡过夜，然后用蒸馏水冲洗三次，备用，将当将0.13g炭黑与0.5mL掺铝的氧化锌水胶体、0.3mL水和0.4mL10%的曲拉通溶液混合成糊状，充分研磨，得到混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物，将混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物用玻璃棒刮涂在导电玻璃上，干燥后在马弗炉里450℃烧结30 min，得到具有催化活性的对电极。
染料敏化太阳能电池的TiO2纳米晶薄膜电极、 染料和电解质溶液均使用本实验室的材料和制各方法.其中, TiO2纳米晶薄膜电极是TiO2胶体在导电玻璃上涂成两层致密的TiO2纳米晶薄膜;染料采用 N719;电解质溶液是用合0.5M的LiI 和 0.05M的 I2的液体电解质。
分别以实例3制备的炭黑对电极和Pt对电极在相同条件下组装的电池，其测试结果列于表1，四个实施例制备的炭黑对电极和Pt对电极其比较结果显示于图1：
本发明制备的用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极，采用有利于离子传输的比表面积比较大的炭黑作为催化还原主体材料，因而具有高性能的催化还原 I3 -的能力，该炭黑复合对电极不仅成本低,而且制各工艺简单、稳定性高、转换效率高等优点，可以解决染料敏化太阳能电池中Pt对电极成本高的问题, 有利于染料敏化太阳能电池的大规模生产应用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，在所述普通技术人员所具备的知识范围内，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨与范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极，其特征在于：包括炭黑与掺铝的氧化锌水胶体均匀混合的复合物材料及用于涂敷上述复合物材料的导电玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极，其特征在于：所述的炭黑的粒径小，比表面积大且粗糙，结构高，表面洁净化合物少，具有导电性。
3.根据权利要求1所述的一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极，其特征在于：所述的掺铝的氧化锌水胶体为二水合乙酸锌和九水硝酸铝经过处理后的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极，其特征在于：所述的导电玻璃，为掺杂氟的SnO2透明导电玻璃，简称FTO。
5.如权利要求1所述的一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极的制备方法, 通过下列步骤实现：
( 1 ) 将炭黑与掺铝的氧化锌水胶体物质按比例混合成糊状物，充分研磨，得到混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物，备用；
( 2 ) 清洗导电玻璃，将步骤（1）中制得的炭黑/掺铝的氧化锌水胶体复合物涂敷在已清洗干净的导电玻璃上，干燥后烧结即得到用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极。
6.如权利要求1所述的一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极的制备方法, 通过下列步骤实现：
( 1 ) 将0.13g炭黑、0.3mL水和0.4mL10%的曲拉通溶液分别与0.2mL、 0.3mL、0.4mL和 0.5 mL掺铝的氧化锌水胶体、混合成糊状，充分研磨，得到混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物, 备用；
 ( 2 ) 清洗导电玻璃, 将步骤（1）中制得的炭黑/掺铝的氧化锌水胶体复合物均匀涂在已清洗干净的导电玻璃上，干燥后在450℃烧结30min, 即可得到用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极。
7.权利要求5所述的一种用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极的制备方法，其特征在于: 将0.13g炭黑与0.4mL掺铝的氧化锌水胶体、0.3mL水和0.4mL10%的去曲拉通溶液混合成糊状，充分研磨，得到混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物, 将配制好的混合均匀的炭黑/掺铝的氧化锌复合物转移于导电玻璃上,并用玻璃棒涂抹均匀，干燥后450℃烧结30min,即得到用于染料敏化太阳能电池的炭黑复合对电极。
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