CN104810158B - 一种敏化太阳能电池对电极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种敏化太阳能电池对电极材料，包括聚丙烯腈碳纳米纤维和负载物，所述负载物负载于所述聚丙烯腈碳纳米纤维上，所述负载物为贵金属、金属碳化物、金属氮化物或金属氧化物中的一种；其制备方法是将聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺中，注入到高压静电纺丝机进行纺丝，碳化，得聚丙烯腈碳纳米纤维；将负载物通过烧结、蒸镀或磁控溅射负载于所述聚丙烯腈碳纳米纤维上，制得敏化太阳能电池对电极材料。本发明提供的制备工艺简单、易操作，成本低，制备的太阳能电池对电极材料质地均匀、催化性能好，将其制备的对电极用于敏化太阳能电池中，能够有效提高光电转化效率，这为敏化太阳能电池的产业化推广起到了很大的推动作用。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池部件的材料及其制备方法，具体地说是一种光敏化太阳能电池对电极材料及其制备方法。
背景技术
绿色清洁无污染太阳能的利用已成人们缓解现代社会能源稀缺问题的首选。光敏化太阳能电池作为第三代太阳能电池，它被称作光电转化装置中新型绿色能源的先锋军。光敏化太阳能电池主要包括染料敏化太阳能电池和量子点敏化太阳能电池。其主要结构包括：光阳极（TiO2、SnO2、ZnO等）、敏化剂（染料、量子点等）、电解液（I3-/I-、Sn2-/S2-、((CH3)4N)2S/((CH3)4N)2Sn等）、对电极四部分组成。其中，对电极是敏化太阳能电池的一个重要组成部分，其主要起催化电池电解液中氧化还原点对的循环再生，进而保证把敏化剂空穴还原为敏化剂分子的功能。
目前，太阳能电池行业内的对电极使用较早、使用相对较多的材料是金属Pt，金属Pt的催化性能和导电性能都很好，但是Pt储量有限、价格昂贵，根本不适于大规模生产和应用，而且由于量子点敏化太阳能电池中的电解液对Pt有腐蚀性，所以其仅适用于染料敏化太阳能电池，并不适合于量子点敏化太阳能电池。此外，目前在染料敏化太阳能电池中，被用于制作对电极的非铂对电极材料还包括碳、金属碳化物（MoC、Mo2C、WC等）、金属氮化物（Mo3N2、W2N）以及金属氧化物（WO2、MoO2）等；但是，用这些材料制备的对电极只能单独使用于一种对电极或者只使用于染料敏化太阳能电池，不能使用于量子点敏化太阳能电池。目前，最常应用于量子点敏化太阳能电池的对电极材料主要为硫化物，如NiS、CoS等，但是这些对电极的比表面积较小，其催化性能难以很好的发挥。因此，开发一种催化活性高、成本低、兼能满足染料敏化和量子点太阳能电池的对电极材料，以提高太阳能电池的光电转化效率是当前行业内急需解决的一个问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种敏化太阳能电池对电极材料及其制备方法，以解决现有常用材料制备的对电极存在要么价格昂贵、应用范围受限制，要么比表面积小、催化性能差、光电转化效率低、适用范围窄的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种敏化太阳能电池对电极材料，包括负载物和聚丙烯腈碳纳米纤维，所述负载物负载于所述聚丙烯腈碳纳米纤维上，所述负载物为贵金属、金属碳化物、金属氮化物或金属氧化物中的一种，所述负载物与所述聚丙烯腈碳纳米纤维的摩尔比为0.1-1:1。
所述贵金属为Pt、Au或Ni中的任意一种或一种以上任意比例的混合物；所述金属碳化物为MoC、Mo2C或WC中的任意一种或一种以上任意比例的混合物；所述金属氮化物为Mo3N2或W2N中的任意一种或一种以上任意比例的混合物；所述金属氧化物为WO2或MoO2中的任意一种或一种以上任意比例的混合物。
所述负载物通过烧结、蒸镀或磁控溅射负载于所述聚丙烯腈碳纳米纤维形成敏化太阳能电池对电极材料，但所述负载的方法不局限于烧结法、蒸镀法或磁控溅射法。本发明所述贵金属的负载优选蒸镀法；所述金属氮化物优选磁控溅射法；所述金属氧化物和金属碳化物优选烧结法。
一种敏化太阳能电池对电极材料的制备方法，包括以下步骤：
（a）以聚丙烯腈为溶质、二甲基甲酰胺为溶剂，配置质量比浓度为10-15%的聚丙烯腈溶液，搅拌至透明粘稠状，注入到高压静电纺丝机进行纺丝，将纺好的聚丙烯腈原丝进行碳化，得聚丙烯腈碳纳米纤维；
（b）将负载物通过烧结、蒸镀或磁控溅射负载于所述聚丙烯腈碳纳米纤维上，制得敏化太阳能电池对电极材料；所述负载物为贵金属、金属碳化物、金属氮化物或金属氧化物中的一种，所述负载物与所述聚丙烯腈碳纳米纤维的摩尔比0.1-1:1。
本发明提供的制备方法中步骤（a）所述高压静电纺丝机的纺丝针头的直径为0.6-0.8 mm，纺丝电压为8-11 kV。
本发明提供的制备方法中步骤（a）所述碳化的工艺为：将聚丙烯腈原丝置于炭化炉内调控升温速度为1℃/min，使碳化室内从室温升至270℃，保持1小时，使聚丙烯腈预氧化；将预氧化后的聚丙烯腈在N2保护下，调控升温速度为1℃/min升温至1000℃，冷却至室温。
本发明提供的制备方法中步骤（b）所述的贵金属为Pt、Au或Ni中的任意一种或一种以上任意比例的混合物；所述金属碳化物为MoC、Mo2C或WC中的任意一种或一种以上任意比例的混合物；所述金属氮化物为Mo3N2或W2N中的任意一种或一种以上任意比例的混合物；所述金属氧化物为WO2或MoO2中的任意一种或一种以上任意比例的混合物。
本发明提供的制备方法中步骤（b）所述负载物通过烧结、蒸镀或磁控溅射负载于所述聚丙烯腈碳纳米纤维形成敏化太阳能电池对电极材料，但所述负载的方法不局限于烧结法、蒸镀法或磁控溅射法。本发明所述贵金属的负载优选蒸镀法；所述金属氮化物的负载优选磁控溅射法；所述金属氧化物和金属碳化物的负载优选烧结法。
本发明将所述负载物为贵金属时，将贵金属负载于聚丙烯腈碳纳米纤维上的工艺为：以所述聚丙烯腈碳纳米纤维为基底，将所述贵金属用蒸镀机蒸镀负载于所述聚丙烯腈碳纳米纤维上，制得贵金属/碳纳米纤维对电极材料；所述蒸镀的真空度为0.001 Pa，所述蒸镀机的电流强度10-50A、偏压80-200V，镀膜时间1-100 min；所述贵金属与聚丙烯腈碳纳米纤维的摩尔比例0.1-1:1。
本发明将所述负载物为金属氮化物时，将所述金属氮化物负载于所述聚丙烯腈碳纳米纤维上的工艺为：以氩气为溅射气，以金属材料为靶材，N2作为反应气体，以所述聚丙烯腈碳纳米纤维为衬底，使用磁控溅射器进行溅射，溅射时间为10-60 min，制得金属氮化物/碳纳米纤维对电极材料，所述金属材料为钼或钨中的一种或两者任意比例的混合物；所述金属材料与聚丙烯腈碳纳米纤的摩尔比例为0.1-1:1。
本发明将所述金属碳化物负载于所述聚丙烯腈碳纳米纤维上的工艺为：将所述聚丙烯腈碳纳米纤维溶于无水乙醇中，搅拌均匀后，加入MoCl5或WCl4，搅拌20-60 min，再加入尿素，搅拌，放入高压釜中，在95-105℃下反应24-25 h，冷却至室温，将反应产物用蒸馏水和乙醇清洗，60℃烘箱中12 h，在N2保护下，在500-550℃下，烧结1.5-2 h，即得金属碳化物/碳纳米纤维对电极材料，所述聚丙烯腈碳纳米纤维与无水乙醇的摩尔体积比为0.01-2:10-15；所述聚丙烯腈碳纳米纤维、MoCl5或WCl4、尿素的摩尔比为1-2:1:7。
本发明将所述负载物为金属氧化物时，将所述金属氧化物负载于所述聚丙烯腈碳纳米纤维上的工艺为：将所述聚丙烯腈碳纳米纤维溶于无水乙醇中，搅拌至均匀，加入MoCl5或WCl6，搅拌20-60 min，再加入尿素，搅拌，溶解，放入高压釜中，在95-105℃下，反应22-24 h，冷却至室温，将产物用蒸馏水和乙醇清洗，58-60℃干燥10-12 h，500℃烧结2 h，制得金属氧化物/碳纳米纤维对电极材料，所述聚丙烯腈碳纳米纤维与无水乙醇的摩尔体积比为0.01:2-20；所述聚丙烯腈碳纳米纤维、MoCl5或WCl6、尿素的摩尔比为1:0.1-2:0.1-3.5，优选1:0.2-0.5:0.15-3.5。
本发明通过静电纺丝技术制备了形状规则、具有实心截面、直径分布均匀的聚丙烯腈碳纳米纤维，并将贵金属、金属氮化物、金属氧化物以及金属碳化物等通过适当的工艺方法均匀负载沉积到碳纳米纤维上，制得了太阳能对电极材料。本发明以聚丙烯腈碳纳米纤维为被负载物，这就减少了负载物的使用量，降低了生产成本，同时，由于采用特定种类和比例的负载物和聚丙烯腈碳纳米纤维相互结合以及双重协同增效，从而有效提高对电极对电池电解液中氧化还原点对循环再生的催化能力，也拓宽电池电解液中氧化还原点对的使用种类，这不仅避免了单一的一种催化剂对应一种氧化还原点对的问题，扩展了对电极材料的使用范围，而且还减少了贵金属的使用量，缓解了当前能源短缺的现状。由此可见，本发明提供的对电极材料是一种催化性能好、实用价值高的新型对电极材料，可以在不同类型的敏化太阳能电池大规模地推广使用。
本发明提供的制备工艺简单、制备的碳纳米纤维不需要提纯，易操作，制备环境要求低，原材料节省、成本低，制备的对电极材料质地均匀、催化性能好，将该材料制备成对电极用于敏化太阳能电池中，能够有效提高太阳能电池的光电转化效率，这为敏化太阳能电池的产业化推广起到了积极的推动作用。
附图说明
图1为本发明中聚丙烯腈碳纳米纤维的电镜图。
图2为本发明实施例5制备的WC/碳纳米纤维对电极材料电镜图。
图3为本发明实施例1制备的Pt/碳纳米纤维对电极材料与常用的Pt对电极在染料敏化太阳电池中的I-V曲线对比图。
图4为本发明实施例11制备的WC/MoC/Mo2C/碳纳米纤维对电极材料与常用的WC/MoC/Mo2C混合材料制备的对电极在染料敏化太阳电池中的I-V曲线对比图。
具体实施方式
下面实施例用于进一步详细说明本发明，但不以任何形式限制本发明。
实施例1
（1）首先将聚丙烯腈（PAN）溶于25mL二甲基甲酰胺（DMF）中，其中PAN的质量百分比含量为15%，室温搅拌至均一透明粘稠状后转入到10 mL 注射器中，在注射器的前端装上长约25厘米直径约为0.7毫米的针头；打开高压静电器，调节电压为10 kV，开始纺丝，在接收板处收集分布均匀的PAN丝，将纺好的PAN原丝放于管式反应炉中，炭化炉内调控升温速度为1℃/min，使碳化室内从室温升至270℃，保持1小时，使聚丙烯腈预氧化；将预氧化后的聚丙烯腈在N2保护下，调控升温速度为1℃/min升温至1000℃，冷却至室温，制得聚丙烯腈碳纳米纤维，呈黑色状纤维布，测得其厚度为1.1μm左右；
（2）取面积为9mm×9mm的碳纳米纤维作为基底，使用日立公司生产的HUS-5GB型高真空蒸镀机，镀膜纯度为99.99%的Pt片，抽真空至0.001 Pa，实验主要参数为：电流强度30A，偏压120V，瞬间加热至蒸发温度，镀膜时间2 min，蒸发后的金属Pt沉积在碳纳米纤维上，贵金属Pt与聚丙烯腈碳纳米纤维的摩尔比约为0.1:1；制得Pt/碳纳米纤维对电极材料。经测定，采用该材料制成的对电极，其光电转化效率为5.24%。
实施例2
（1）首先将一定量的PAN溶于25mL的DMF中，配制得到PAN的质量百分比含量为13%，室温搅拌至均一透明粘稠状后转入到10 mL 注射器中，在注射器的前端装上长约25厘米直径约为0.6毫米的针头；打开高压静电器，调节电压为11 kV，开始纺丝，在接收板处均匀收集PAN丝，将纺好的PAN原丝放于管式反应炉中，炭化炉内调控升温速度为1℃/min，使碳化室内从室温升至270℃，保持1小时，使聚丙烯腈预氧化；将预氧化后的聚丙烯腈在N2保护下，调控升温速度为1℃/min升温至1000℃，冷却至室温，制得聚丙烯腈碳纳米纤维，呈黑色状纤维布；测得其平均厚度为1μm左右；
（2）取面积为1cm×0.8cm的碳纳米纤维作为基底，使用日立公司生产的HUS-5GB型高真空蒸镀机，镀膜纯度为99.99%的Au片，抽真空至0.001 Pa，实验主要参数为：电流强度40A，偏压150V，瞬间加热至蒸发温度，镀膜时间1 min，蒸发后的金属沉积在碳纳米纤维上，金属Au与聚丙烯腈碳纳米纤维的摩尔比约为0.1:1；制得Au/碳纳米纤维对电极材料。经测定，采用该材料制成的对电极，其光电转化效率为6.31%。
实施例3
（1）首先将聚丙烯腈（PAN）溶于25mL二甲基甲酰胺（DMF）中，其中PAN的质量百分比浓度为12%，室温搅拌至均一透明粘稠状后转入到10 mL 注射器中，在注射器的前端装上长约25厘米直径约为0.7毫米的针头；打开高压静电器，调节电压为8 kV，开始纺丝，在接收板处均匀收集PAN丝，将纺好的PAN原丝放于管式反应炉中，炭化炉内调控升温速度为1℃/min，使碳化室内从室温升至270℃，保持1小时，使聚丙烯腈预氧化；将预氧化后的聚丙烯腈在N2保护下，调控升温速度为1℃/min升温至1000℃，冷却至室温，制得聚丙烯腈碳纳米纤维，呈黑色状纤维布；测得其平均厚度为1μm左右；
（2）取面积为0.9cm×0.9cm的碳纳米纤维作为基底，使用日立公司生产的HUS-5GB型高真空蒸镀机，镀膜纯度为99.99%的Ni片，抽真空至0.001 Pa，实验主要参数为：电流强度50A，偏压100V，瞬间加热至蒸发温度，镀膜时间20 min，蒸发后的金属沉积在碳纳米纤维上，金属Ni与聚丙烯腈碳纳米纤维的摩尔比约为0.1:1，制得Ni/碳纳米纤维对电极材料。经测定，采用该材料制成的对电极，其光电转化效率为5.84%。
实施例4
（1）首先将聚丙烯腈（PAN）溶于25 mL二甲基甲酰胺（DMF）中，其中PAN的质量百分比含量为15%，室温搅拌至均一透明粘稠状后转入到10 mL 注射器中，在注射器的前端装上长约25厘米直径约为0.7毫米的针头；打开高压静电器，调节电压为10 kV，开始纺丝，在接收板处收集PAN丝，将纺好的PAN原丝放于管式反应炉中，炭化炉内调控升温速度为1℃/min，使碳化室内从室温升至270℃，保持1小时，使聚丙烯腈预氧化；将预氧化后的聚丙烯腈在N2保护下，调控升温速度为1℃/min升温至1000℃，冷却至室温，制得聚丙烯腈碳纳米纤维，呈黑色状纤维布；
（2） 先将0.01mol聚丙烯腈碳纳米纤维溶于15 mL无水乙醇中，搅拌至分布均匀，再加入0.01mol MoCl5，搅拌60 min，再加入0.07mol尿素，搅拌至完全溶解，放入高压釜中100℃下25 h，自然冷却，将产物用蒸馏水和乙醇清洗数次，60℃烘箱中12 h，在N2保护下，500℃烧结2h，最终制得负载物MoC/Mo2C与聚丙烯腈碳纳米纤维的摩尔比为1:1的MoC/Mo2C/碳纳米纤维对电极材料。经测定，采用该材料制成的对电极，其光电转化效率为6.89%。
实施例5
（1）首先将聚丙烯腈（PAN）溶于25mL二甲基甲酰胺（DMF）中，其中PAN的质量百分比浓度为10%，室温搅拌至均一透明粘稠状后转入到10 mL注射器中，在注射器的前端装上长约25厘米直径约为0.8毫米的针头；打开高压静电器，调节电压为10 kV，开始纺丝，在接收板处收集PAN丝，将纺好的PAN原丝放于管式反应炉中，炭化炉内调控升温速度为1℃/min，使碳化室内从室温升至270℃，保持1小时，使聚丙烯腈预氧化；将预氧化后的聚丙烯腈在N2保护下，调控升温速度为1℃/min升温至1000℃，冷却至室温，制得聚丙烯腈碳纳米纤维，呈黑色状纤维布；
（2） 先将0.02mol碳纳米纤维溶于15 mL无水乙醇中，搅拌至分布均匀，再加入0.01mol WCl4，搅拌30 min，再加入0.07mol尿素，搅拌至完全溶解，放入高压釜中105℃下24 h，自然冷却，将产物用蒸馏水和乙醇清洗数次，60℃烘箱中12 h，在N2保护下，550℃烧结1.5h，最终制得负载物WC与聚丙烯腈碳纳米纤维的摩尔比为0.5:1的WC/碳纳米纤维对电极材料。经测定，采用该材料制成的对电极，其光电转化效率为6.1%。
实施例6
（1）首先将聚丙烯腈（PAN）溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，其中PAN的质量百分比浓度为13%，室温搅拌至均一透明粘稠状后转入到10 mL 注射器中，在注射器的前端装上长约25厘米直径约为0.7毫米的针头；打开高压静电器，调节电压为10 kV，开始纺丝，在接收板处收集PAN丝，将纺好的PAN原丝放于管式反应炉中，炭化炉内调控升温速度为1℃/min，使碳化室内从室温升至270℃，保持1小时，使聚丙烯腈预氧化；将预氧化后的聚丙烯腈在N2保护下，调控升温速度为1℃/min升温至1000℃，冷却至室温，制得聚丙烯腈碳纳米纤维，呈黑色状纤维布；测得其平均厚度大约为1μm左右；
（2）在氩气为溅射气，以钼为靶材，N2作为反应气体，9 mm × 9 mm聚丙烯腈碳纳米纤维衬底，厚度约为1μm，使用磁控溅射器溅射，溅射时间为10 min，使得生成金属氮化物Mo3N2与聚丙烯腈碳纳米纤维的摩尔比约0.1:1的金属氮化物Mo3N2/碳纳米纤维对电极材料。经测定，采用该材料制成的对电极，其光电转化效率为7.3%。
实施例7
（1）首先将聚丙烯腈（PAN）溶于25mL二甲基甲酰胺（DMF）中，其中PAN的质量百分比浓度为12%，室温搅拌至均一透明粘稠状后转入到10 mL 注射器中，在注射器的前端装上长约25厘米直径约为0.7毫米的针头；打开高压静电器，调节电压为10 kV，开始纺丝，在接收板处收集PAN丝，将纺好的PAN原丝放于管式反应炉中，炭化炉内调控升温速度为1℃/min，使碳化室内从室温升至270℃，保持1小时，使聚丙烯腈预氧化；将预氧化后的聚丙烯腈在N2保护下，调控升温速度为1℃/min升温至1000℃，冷却至室温，制得聚丙烯腈碳纳米纤维，呈黑色状纤维布，测得其平均厚度约为1μm；
（2）在氩气为溅射气，以钨为靶材，N2作为反应气体，9mm×9mm聚丙烯腈碳纳米纤维衬底，使用磁控溅射法溅射，溅射时间为10 min，使最终生成金属氮化物W2N与聚丙烯腈碳纳米纤维的摩尔比约0.2:1金属氮化物W2N/碳纳米纤维对电极材料。经测定，采用该材料制成的对电极，其光电转化效率为7.8%。
实施例8
（1）首先将聚丙烯腈（PAN）溶于25mL二甲基甲酰胺（DMF）中，其中PAN的质量百分比浓度为14%，室温搅拌至均一透明粘稠状后转入到10 mL 注射器中，在注射器的前端装上长约25厘米直径约为0.7毫米的针头；打开高压静电器，调节电压为10 kV，开始纺丝，在接收板处收集PAN丝，将纺好的PAN原丝放于管式反应炉中，炭化炉内调控升温速度为1℃/min，使碳化室内从室温升至270℃，保持1小时，使聚丙烯腈预氧化；将预氧化后的聚丙烯腈在N2保护下，调控升温速度为1℃/min升温至1000℃，冷却至室温，制得聚丙烯腈碳纳米纤维，呈黑色状纤维布；
（2）先将0.01mol碳纳米纤维溶于15mL无水乙醇中，搅拌至分布均匀，再加入0.005mol MoCl5，搅拌20 min，再加入0.035mol尿素，搅拌至完全溶解，放入高压釜中100℃下24 h，自然冷却，将产物用蒸馏水和乙醇清洗数次，60℃烘箱中12 h，500℃烧结2h，最终制得金属氧化物MoO2与聚丙烯腈碳纳米纤维的摩尔比约为0.5:1的金属氧化物MoO2/碳纳米纤维对电极材料制备。经测定，采用该材料制成的对电极，其光电转化效率为6.7%。
实施例9
（1）首先将聚丙烯腈（PAN）溶于25mL二甲基甲酰胺（DMF）中，其中PAN的质量百分比浓度为11%，室温搅拌至均一透明粘稠状后转入到10 mL 注射器中，在注射器的前端装上长约25厘米直径约为0.7毫米的针头；打开高压静电器，调节电压为10 kV，开始纺丝，在接收板处收集PAN丝，将纺好的PAN原丝放于管式反应炉中，炭化炉内调控升温速度为1℃/min，使碳化室内从室温升至270℃，保持1小时，使聚丙烯腈预氧化；将预氧化后的聚丙烯腈在N2保护下，调控升温速度为1℃/min升温至1000℃，冷却至室温，制得聚丙烯腈碳纳米纤维，呈黑色状纤维布；
（2）先将0.02mol碳纳米纤维溶于15mL无水乙醇中，搅拌至分布均匀，再加入0.005mol WCl4，搅拌60 min，再加入0.0035mol尿素，搅拌至完全溶解，放入高压釜中105℃下22 h，自然冷却，将产物用蒸馏水和乙醇清洗数次，58℃烘箱中12 h，500℃烧结2h，最终制得金属氧化物WO2与聚丙烯腈碳纳米纤维的摩尔比为0.25:1的金属氧化物WO2/碳纳米纤维对电极材料制备。经测定，采用该材料制成的对电极，其光电转化效率为5.7%。
实施例10
（1）首先将的聚丙烯腈（PAN）溶于25mL二甲基甲酰胺（DMF）中，其中PAN的质量百分比含量为12%，室温搅拌至均一透明粘稠状后转入到10 mL 注射器中，在注射器的前端装上长约25厘米直径约为0.7毫米的针头；打开高压静电器，调节电压为10 kV，开始纺丝，在接收板处收集PAN丝，将纺好的PAN原丝放于管式反应炉中，炭化炉内调控升温速度为1℃/min，使碳化室内从室温升至270℃，保持1小时，使聚丙烯腈预氧化；将预氧化后的聚丙烯腈在N2保护下，调控升温速度为1℃/min升温至1000℃，冷却至室温，制得聚丙烯腈碳纳米纤维，呈黑色状纤维布；
（2）先将0.01mol碳纳米纤维溶于15mL无水乙醇中，搅拌至分布均匀，再加入0.002mol WCl4和0.001 mol MoCl5，搅拌50 min，再加入0.002mol尿素，搅拌至完全溶解，放入高压釜中95℃下24 h，自然冷却，将产物用蒸馏水和乙醇清洗数次，60℃烘箱中12 h，500℃烧结2h，最终制得金属氧化物WO2/Mo2O5与聚丙烯腈碳纳米纤维的摩尔比为0.3:1的金属氧化物WO2/Mo2O5/碳纳米纤维对电极材料制备。经测定，采用该材料制成的对电极，其光电转化效率为7.2%。
实施例11
（1）首先将聚丙烯腈（PAN）溶于25 mL二甲基甲酰胺（DMF）中，其中PAN的质量百分比浓度为15%，室温搅拌至均一透明粘稠状后转入到10 mL注射器中，在注射器的前端装上长约25厘米直径约为0.7毫米的针头；打开高压静电器，调节电压为10 kV，开始纺丝，在接收板处收集PAN丝，将纺好的PAN原丝放于管式反应炉中，炭化炉内调控升温速度为1℃/min，使碳化室内从室温升至270℃，保持1小时，使聚丙烯腈预氧化；将预氧化后的聚丙烯腈在N2保护下，调控升温速度为1℃/min升温至1000℃，冷却至室温，制得聚丙烯腈碳纳米纤维，呈黑色状纤维布；
（2） 先将0.02mol聚丙烯腈碳纳米纤维溶于15 mL无水乙醇中，搅拌至分布均匀，再加入0.005mol WCl4、0.005mol MoCl5，搅拌30 min，再加入0.07mol尿素，搅拌至完全溶解，放入高压釜中100℃下24 h，自然冷却，将产物用蒸馏水和乙醇清洗数次，60℃烘箱中12h，在N2保护下，500℃烧结2h，最终制得WC/MoC/Mo2C/碳纳米纤维对电极材料。经测定，采用该材料制成的对电极，其光电转化效率为9.05%。
实施例12
本发明中测定对电极的光电转化效率的实验方法为：在Newport 光源下，光照强度为100 mW·cm-2 (AM 1.5)；TiO2膜厚度；电池的有效面积为0.159 cm2；采用线性伏安扫描法，电压范围0-1.2V。测得I-V曲线，得出样品在电池中光电转换效率。测定实施例1的结果见图3。从图3中可以看出Pt/C纳米纤维对电极与Pt对电极（Pt同等使用量的条件下作为对照）在染料敏化太阳能电池中的I-V曲线，由图中可得知使用Pt/C纤维材料作为对电极材料的光电转化效率达到了5.24%，而使用Pt对电极的电池光电转化效率仅有4.55%，提高了15.2%。在相同测试方法及条件下，测得实施例11的I-V曲线如图4所示。从图4中可以看出，WC/MoC/Mo2C/碳纳米纤维对电极与WC/MoC/Mo2C对电极在染料敏化太阳能电池中的I-V曲线，由图中可得知使用WC/MoC/Mo2C/碳纳米纤维作为对电极材料的光电转化效率达到了9.05%，而使用WC/MoC/Mo2C对电极的电池光电转化效率仅有7.60%，本发明提高了19%。
本发明列举的实例旨在更进一步地阐明这种负载物/碳纳米纤维对电极材料，不对本发明的保护范围构成任何限制。利用本发明实例均可得到不同负载物负载的碳纳米纤维，根据不同负载物使用不同方法。
Claims (2)
1.一种敏化太阳能电池对电极材料，其特征在于，包括聚丙烯腈碳纳米纤维和负载物，所述负载物负载于所述聚丙烯腈碳纳米纤维上，所述负载物为金属碳化物，所述负载物与所述聚丙烯腈碳纳米纤维的摩尔比为0.5:1，其中，所述金属碳化物为WC、MoC和Mo2C；
并且，该负载物负载于所述聚丙烯腈碳纳米纤维上的方法是：
先将0.02mol聚丙烯腈碳纳米纤维溶于15 mL无水乙醇中，搅拌至分布均匀，再加入0.005mol WCl4、0.005mol MoCl5，搅拌30 min，再加入0.07mol尿素，搅拌至完全溶解，放入高压釜中100℃下24 h，自然冷却，将产物用蒸馏水和乙醇清洗数次，60℃烘箱中12 h，在N2保护下，500℃烧结2h，最终制得WC/MoC/Mo2C/碳纳米纤维对电极材料。
2.权利要求1所述敏化太阳能电池对电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）首先将聚丙烯腈PAN溶于25mL二甲基甲酰胺DMF中，其中PAN的质量百分比浓度为15%，室温搅拌至均一透明粘稠状后转入到10mL注射器中，在注射器的前端装上长约25厘米直径约为0.7毫米的针头；打开高压静电器，调节电压为10kV，开始纺丝，在接收板处收集PAN原丝，将纺好的PAN原丝放于管式反应炉中，管式反应炉内调控升温速度为1℃/min，使管式反应炉的碳化室内从室温升至270℃，保持1小时，使聚丙烯腈预氧化；将预氧化后的聚丙烯腈在N2保护下，调控升温速度为1℃/min升温至1000℃，冷却至室温，制得聚丙烯腈碳纳米纤维，呈黑色状纤维布；
（2）先将0.02mol聚丙烯腈碳纳米纤维溶于15 mL无水乙醇中，搅拌至分布均匀，再加入0.005mol WCl4、0.005mol MoCl5，搅拌30min，再加入0.07mol尿素，搅拌至完全溶解，放入高压釜中100℃下24h，自然冷却，将产物用蒸馏水和乙醇清洗数次，60℃烘箱中12h，在N2保护下，500℃烧结2h，最终制得WC/MoC/Mo2C/碳纳米纤维对电极材料。
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