CN104779054A - 一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法 - Google Patents

一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104779054A
CN104779054A CN201410848141.9A CN201410848141A CN104779054A CN 104779054 A CN104779054 A CN 104779054A CN 201410848141 A CN201410848141 A CN 201410848141A CN 104779054 A CN104779054 A CN 104779054A
Authority
CN
China
Prior art keywords
preparation
counter electrode
electrode
dssc
combined counter
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
CN201410848141.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104779054B (zh
Inventor
苗小欢
王胜伟
王瑛
赵成龙
吕金钊
陈晓
窦燕蒙
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.)
Shandong Yuhuang Chemical Co Ltd
Shandong Yuhuang New Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Shandong Yuhuang Chemical Co Ltd
Shandong Yuhuang New Energy Technology Co Ltd
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 Shandong Yuhuang Chemical Co Ltd, Shandong Yuhuang New Energy Technology Co Ltd filed Critical Shandong Yuhuang Chemical Co Ltd
Priority to CN201410848141.9A priority Critical patent/CN104779054B/zh
Publication of CN104779054A publication Critical patent/CN104779054A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104779054B publication Critical patent/CN104779054B/zh
Active 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

Abstract

本发明具体涉及一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法。包括以下步骤：采用热分解法将Pt纳米粒子沉积在导电玻璃上，得到Pt对电极；采用浸渍-提拉的方法，在Pt对电极上提拉一层介孔TiO2前驱体溶液，制得介孔TiO2前驱体包覆的Pt对电极；对电极前驱体在马弗炉中350℃下焙烧，得到介孔TiO2-Pt纳米粒子的复合对电极。用以构筑介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极，介孔TiO2有效的减少了Pt纳米粒子与I-/I3 -电解液的直接接触，降低了Pt被腐蚀。本发明所构筑的介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极基电池的光电转换性能较纯Pt纳米粒子对电极基电池的光电转换性能优异。

Description

一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法
（一） 技术领域
本发明涉及一种合成介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极的方法，具体涉及一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法。
（二） 背景技术
太阳能取之不尽，同时又是生态上纯净的可再生能源，在最近的几十年来，越来越受到人们的广泛关注和重视。太阳能作为一种纯净的可再生能源，具有其他能源所不可比拟的优势：与化石燃料相比，太阳能取之不尽、用之不竭；与核能相比，太阳能更安全，不会污染环境和引起温室效应；与水能、风能相比，太阳能完全不受地理条件的限制，更利用大规模应用的能源。太阳能最清洁、最廉价、且能继续发光50亿年以上。我国太阳日照时数在2200 h以上的地区约占全国土地面积的2/3，太阳能理论储量达每年1700 Gt标准。1991年,瑞士洛桑高等工业学院Grätzel研究小组首次报道了一种新型太阳能电池—染料敏化太阳能电池(DSSCs)，以纳米多孔TiO2为半导体电，以Ru络合物作敏化染料，并选用I-/I3 -氧化还原电解质，其光电转换效率达到7.1%。与传统硅太阳能电池相比，DSSCs具有光电转换率高、成本低、制作工艺简单、性价比高等优点，目前其光电转换效率已提高到10%-11%，成为世界各国科学家研究的热点。
对电极作为DSSCs的正极，主要接收电池外回路的电子并把它传递给电解质里面的氧化还原电对，同时兼并催化还原吸附在对电极表面的I3 -。为了减少能量损失，充分利用光阳极上染料所吸收的能量，提高电池的寿命，好的对电极必须要有高的电催化活性、大比表面积、很低的界面电荷传输电阻、高的电子传导率以及高的稳定性。
Pt因其对I3 -具有高催化活性，成为最早用于DSSCs对电极的材料。所以，对于Pt对电极的研究较多且较完备。制备Pt电极的方法有热分解法、磁控溅射真空镀法、电化学镀膜法。热分解法的制备工艺简单、膜相对均一等优点，因此被广泛应用。但单纯的Pt用于DSSCs的对电极时，稳定性较差，在催化I3 -还原的同时，会与I-/I3 -电解液发生副反应，生成PtI4的副产物，减少了对电极中有效的催化反应活性位点。
（三） 发明内容
本发明提供一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，该方法解决了传统的DSSCs中，对电极采用纯Pt纳米粒子在I-/I3 -电解液体系中稳定性差，容易生成PtI4副产物，导致有效催化活性位点减少的问题。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
（1）采用热分解法将Pt纳米粒子沉积在导电玻璃上，得到Pt对电极；
（2）采用浸渍-提拉的方法，在步骤一中制备的Pt对电极上提拉一层介孔TiO2前驱体溶液，制得介孔TiO2前驱体包覆的Pt对电极；
（3）将步骤二制备的复合对电极前驱体在马弗炉中350℃下焙烧，得到介孔TiO2-Pt纳米粒子的复合对电极。
本发明的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（1）中，Pt源为5 mmol/L氯铂酸的异丙醇溶液。
本发明的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（1）中，导电玻璃上氯铂酸的量为5-15 μL/cm2，优选10 μL/cm2。
本发明的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（1）中，对电极至于空气气氛下首先在100-120℃保温10-30min，后在385-400℃保温30min-1h。
本发明的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（2）中，介孔TiO2前驱体溶液基于蒸发诱导自组装方法制备。
本发明的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（2）中，浸渍-提拉的时间为1-10 min。
本发明的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（3）中，升温速率控制在 1℃/min。
本发明的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，步骤（3）中，焙烧时间为1h。
有益效果：在Pt纳米粒子上提拉一层介孔TiO2，用以构筑介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极，介孔TiO2有效的减少了Pt纳米粒子与I-/I3 -电解液的接触，降低了Pt被腐蚀。使得复合对电极的催化活性和循环可逆性明显增加，因此，本发明所构筑的介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极基电池的光电转换性能较纯Pt纳米粒子对电极基电池的光电转换性能优异，同时，实验中所采用的浸渍-提拉方法简单可靠，实验重复性好。
本发明借助浸渍-提拉方法在传统Pt纳米粒子上提拉一层介孔TiO2，其有利于减少Pt纳米粒子与I-/I3 -电解液的接触，降低了Pt被腐蚀，有效提高了复合对电极的催化活性和循环可逆性。浸渍-提拉的时间控制在1-10min适宜，时间太短，Pt纳米粒子表面提拉的介孔TiO2前驱体溶液分布不均，时间太长，由于介孔TiO2前驱体溶液已在Pt表面达成浸渍平衡，时间太长只是使实验较为耗时。
（四） 附图说明
图1为本发明实施例1、实施例2、实施例3和对比例1所制备的电池的I-V测试曲线，曲线A代表本发明实施例1所制备的介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极的I-V测试曲线，曲线B代表本发明实施例2所制备的介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极的I-V测试曲线，曲线C代表本发明实施例3所制备的介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极的I-V测试曲线，曲线D代表本发明对比例1所制备的Pt对电极的I-V测试曲线；
图2为本发明实施例1和对比例1所制备的对电极的循环伏安测试曲线，曲线A代表本发明实施例1所制备的介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极的循环伏安测试曲线，曲线B代表本发明对比例1所制备的Pt对电极的循环伏安测试曲线。
（五） 具体实施方式
实施例1：
蒸发诱导自组装法制备介孔TiO2前驱体溶液
称取1g P123（聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物）溶于15 mL无水乙醇中制得P123的乙醇溶液；将3.2 mL浓盐酸缓慢滴加至钛酸四丁酯中，溶液搅拌半小时后将P123的乙醇溶液快速倒入加有盐酸的钛酸四丁酯溶液中，剧烈搅拌2 h后再缓慢搅拌1 h；将此混合溶液置于陈化室中陈化1-2周，得到介孔TiO2前驱体溶液。
介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极的制备
用微量注射器吸取20 μL浓度为5mmol/L氯铂酸的异丙醇溶液，滴加到导电玻璃上，导电玻璃上氯铂酸的量为10 μL/cm2，待自然干燥后，将对电极放至马弗炉中100℃并保持30 min，再400℃保持30 min，制得Pt纳米粒子对电极；采用拉膜机，将沉积有Pt纳米粒子的导电玻璃匀速垂直浸渍到介孔TiO2前驱体溶液中5 min，后匀速垂直提拉，待膜自然干燥后将复合前驱体对电极置于空气气氛中350℃焙烧1 h，得到介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极。升温速率保持1℃/min。
实施例2
介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极的制备
用微量注射器吸取20 μL浓度为5mmol/L氯铂酸的异丙醇溶液，滴加到导电玻璃上，导电玻璃上氯铂酸的量为5 μL/cm2，待自然干燥后，将对电极放至马弗炉中120℃并保持10 min，再385℃保持1 h，制得Pt纳米粒子对电极；采用拉膜机，将沉积有Pt纳米粒子的导电玻璃匀速垂直浸渍到介孔TiO2前驱体溶液中1 min，后匀速垂直提拉，待膜自然干燥后将复合前驱体对电极置于空气气氛中350℃焙烧1 h，得到介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极。升温速率保持1℃/min，其他与实施例1相同。
实施例3
介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极的制备
用微量注射器吸取20 μL浓度为5mmol/L氯铂酸的异丙醇溶液，滴加到导电玻璃上，导电玻璃上氯铂酸的量为15 μL/cm2，待自然干燥后，将对电极放至马弗炉中110℃并保持20 min，再385℃保持1h，制得Pt纳米粒子对电极；采用拉膜机，将沉积有Pt纳米粒子的导电玻璃匀速垂直浸渍到介孔TiO2前驱体溶液中10 min，后匀速垂直提拉，待膜自然干燥后将复合前驱体对电极置于空气气氛中350℃焙烧1 h，得到介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极。升温速率保持1℃/min，其他与实施例1相同。
对比例1：
对比例Pt纳米粒子对电极以及光电池的组装与实施例1中完全相同，不同之处在于未提拉介孔TiO2前驱体溶液。
敏化TiO2光阳极的制备及光电池的组装
首先按340mg：3mL：2mL的比例依次称取或量取商业P25粉体材料、TiO2醇溶胶、无水乙醇，浆料混合搅拌后刮涂至导电玻璃上。所制备的光阳极放入马弗炉中100℃保温30 min，450℃并保持30 min，制得TiO2光阳极。最后将制备的光阳极浸泡至N719染料中敏化48h，然后将所得到的敏化后的光阳极与不同实施例制备的介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极（实施例1，实施例2，实施例3）或者纯Pt纳米粒子对电极（对比例1）组装成光电池。
本发明所构筑的介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极有利于抑制Pt的被腐蚀，显著提高了对电极的稳定性。同时，本发明所采用的浸渍-提拉技术简单可靠，实验重复性好。
测试结果：
图1为本发明实施例1、实施例2、实施例3和对比例1所制备的电池的I-V测试曲线；从图中可以看出，介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极基光电池的光电转换性能和短路光电流有了明显的提升。这主要是基于介孔TiO2的存在减少了Pt与I-/I3 -电解液的接触，降低了Pt的被腐蚀，确保了对电极中具有较多的有效活性位点。其结果如表一所示。
图2为本发明实施例1和对比例1所制备的对电极的循环伏安测试曲线；从图中可以看出，采用本发明的方法所构筑的介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极具有更高的氧化还原电流密度，表明此复合对电极对于I3 -的还原具有更好的催化活性。此外，复合对电极的氧化还原峰之间的距离小于单纯的Pt对电极（对比例1），说明在I-/I3 -电解液体系中，介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极的氧化还原可逆性较好。此测试结果证明介孔TiO2-Pt纳米粒子复合对电极中，介孔TiO2可以在一定程度上阻碍Pt与I-/I3 -电解液的接触，从而提高Pt基对电极的循环可逆性能。
本发明采用成本低廉且制备工艺简单的浸渍-提拉技术对于传统的Pt纳米粒子对电极进行改性。通过在Pt纳米粒子表面提拉一层介孔TiO2，有效的减少了Pt与I-/I3 -电解液的接触，降低了Pt的被腐蚀，使得对电极中的有效活性位点及电极的稳定性进一步提升，复合对电极构筑的光电池的光电转换性能有了进一步的提升。
表一 不同光阳极的光电转换效率

Claims (8)

1.一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）采用热分解法将Pt纳米粒子沉积在导电玻璃上，得到Pt对电极；
（2）采用浸渍-提拉的方法，在步骤一中制备的Pt对电极上提拉一层介孔TiO2前驱体溶液，制得介孔TiO2前驱体包覆的Pt对电极；
（3）将步骤二制备的复合对电极前驱体在马弗炉中350℃下焙烧，得到介孔TiO2-Pt纳米粒子的复合对电极。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，其特征在于：步骤（1）中Pt源为5 mmol/L氯铂酸的异丙醇溶液。
3.根据权利要求1或2所述的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，导电玻璃上氯铂酸的量为5-15 μL/cm2，优选10 μL/cm2。
4.根据权利要求1或2所述的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，对电极至于空气气氛下首先在100-120℃保温10-30min，后在385-400℃保温30 min-1h。
5.根据权利要求1或2所述的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，介孔TiO2前驱体溶液基于蒸发诱导自组装方法制备。
6.根据权利要求1或2所述的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，浸渍-提拉的时间为1-10 min。
7.根据权利要求1或2所述的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，升温速率控制在1℃/min。
8.根据权利要求1或2所述的染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，焙烧时间为1h。
CN201410848141.9A 2014-12-31 2014-12-31 一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法 Active CN104779054B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410848141.9A CN104779054B (zh) 2014-12-31 2014-12-31 一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410848141.9A CN104779054B (zh) 2014-12-31 2014-12-31 一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104779054A true CN104779054A (zh) 2015-07-15
CN104779054B CN104779054B (zh) 2017-10-20

Family

ID=53620472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410848141.9A Active CN104779054B (zh) 2014-12-31 2014-12-31 一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104779054B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105642277A (zh) * 2015-12-30 2016-06-08 吉首大学 一种导电碳毡负载介孔(TiO2-Pt)复合光电极材料及其制备方法
CN109448998A (zh) * 2018-10-23 2019-03-08 陕西国防工业职业技术学院 一种染料敏化太阳电池对电极及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030062082A1 (en) * 2001-09-04 2003-04-03 Tzenka Miteva Photovoltaic device and method for preparing the same
CN101320629A (zh) * 2008-07-11 2008-12-10 南开大学 一种用于染料敏化太阳电池的对电极及其制备方法
CN101777428A (zh) * 2010-03-15 2010-07-14 彩虹集团公司 染料敏化太阳能电池对电极的制备方法
CN102324305A (zh) * 2011-06-20 2012-01-18 清华大学 用于染料敏化太阳能电池的复合结构对电极及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030062082A1 (en) * 2001-09-04 2003-04-03 Tzenka Miteva Photovoltaic device and method for preparing the same
CN101320629A (zh) * 2008-07-11 2008-12-10 南开大学 一种用于染料敏化太阳电池的对电极及其制备方法
CN101777428A (zh) * 2010-03-15 2010-07-14 彩虹集团公司 染料敏化太阳能电池对电极的制备方法
CN102324305A (zh) * 2011-06-20 2012-01-18 清华大学 用于染料敏化太阳能电池的复合结构对电极及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
黄振: "碳材料在纳晶染料敏化太阳能电池对电极研究中的应用", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105642277A (zh) * 2015-12-30 2016-06-08 吉首大学 一种导电碳毡负载介孔(TiO2-Pt)复合光电极材料及其制备方法
CN109448998A (zh) * 2018-10-23 2019-03-08 陕西国防工业职业技术学院 一种染料敏化太阳电池对电极及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104779054B (zh) 2017-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Deng et al. Screen-printed Cu2S-based counter electrode for quantum-dot-sensitized solar cell
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
Yugis et al. Review on metallic and plastic flexible dye sensitized solar cell
CN106128772B (zh) 一种硫化铅量子点光伏电池的制备方法
CN104167293B (zh) 一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法
CN104332315A (zh) 量子点敏化太阳能电池多孔纳米晶Cu2S对电极的制备方法
CN103050289B (zh) 聚苯胺透明对电极基双面染料敏化太阳能电池及其制备方法和应用
CN108172401A (zh) 染料敏化电池用复合对电极及其制备方法和应用
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
CN102254704A (zh) 染料敏化贵金属沉积二氧化钛光阳极及其制备方法
CN105070508A (zh) 一种利用蛋壳膜制备的染料敏化太阳能电池对电极材料及方法
CN102280256B (zh) 染料敏化太阳能电池准固态电解质及用其制备太阳能电池的方法
CN101572190B (zh) 一种有机载体体系的TiO2浆料的制备方法
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
CN101620938B (zh) 一种半导体电极及制法和含有该半导体电极的太阳能电池
CN104779054A (zh) 一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法
CN105244171B (zh) 一种原位合成ZnO纳米片光阳极膜及其制备方法
CN102385993B (zh) 一种染料敏化太阳能电池及其制备方法
CN105225839B (zh) 一种高效率ZnO基染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法及其制得的光阳极
CN103021669B (zh) 一种染料敏化太阳能电池的对电极及其制备方法
CN102254693B (zh) 染料敏化太阳电池光阳极的制备方法
CN102543466B (zh) 一种用于染料敏化太阳能电池的对电极材料、其制备方法及应用
CN105931849A (zh) 一种ZnO纳米棒/纳米片复合结构光阳极膜的制备方法及其制得的光阳极膜
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

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant