CN105551809A - 一种载银凹凸棒土复合染料敏化太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种载银凹凸棒土复合染料敏化太阳能电池的制备方法，属染料敏化太阳能电池技术领域。该方法包括以下步骤：(1)制备载银凹凸棒土；(2)将上述载银凹凸棒土超声分散于酞菁染料溶液，得到载银凹凸棒土复合染料溶液；(3)将TiO2电极活化后，冷却至80℃～100℃时浸泡在上述复合染料溶液中进行敏化，用DMSO冲洗，然后用乙醇清洗后立即用氮气吹干，得到染料敏化的TiO2电极；(4)将上述染料敏化TiO2电极作为光阳极，在电极两侧贴上隐形胶带；另以一块镀有金属Pt的掺氟SnO2导电玻璃作为对电极；注入电解质后固定，形成夹心结构，即得。本发明操作简便，成本较低，得到的酞菁染料敏化太阳能电池的效率高。
Description
技术领域
本发明属染料敏化太阳能电池技术领域，具体涉及一种载银凹凸棒土复合染料敏化太阳能电池的制备方法。
背景技术
伴随着人类文明的进一步发展、世界人口的剧烈增长，引发的能源危机和环境污染成为亟待解决的严重问题，使人类对清洁能源的开发利用有了更大的需求。太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源，也是清洁、不产生任何环境污染的能源，太阳能电池是开发利用太阳能的最有效地方法之一。
当前，在光伏市场主要是硅太阳能电池。虽然硅太阳能电池转换效率高，但其工艺复杂、价格昂贵、材料要求苛刻，在民用方面目前性价比还不能和传统能源相竞争。因此，各类新型太阳能电池应运而生。20世纪90年代发展起来的染料敏化太阳能电池，具有许多硅太阳能电池所不具有的优点，染料敏化太阳能电池环境友好、廉价高效、制作工艺要求低、寿命长，迅速成为广大科学工作者研究的热点和重点，对它的研究将有利于缓解当今能源危机和环境污染的问题，具有非常重要的现实和长远意义。
金属纳米颗粒(metalnanoparticles，NPs)应用于太阳能电池领域中，主要利用其表面等离子体共振效应。金属纳米颗粒沉积在TiO2薄膜上，当太阳光激发金属纳米颗粒，纳米颗粒及其之间的表面等离子体的相互作用，能有效增强入射光的散射，进而提高电池对光的捕获能力；另外，在单层染料吸附的TiO2薄膜上引入金属纳米颗粒或涂层少量的金属纳米颗粒，促进载流子的产生，有利于提高电池的光电流和效率。其中，金、银纳米颗粒格外引人注目，由于其在可见光和红外光域有着很好的表面等离子体共振性质。
RuizPeralta等研究工作者(RuizPeraltaMDL,PalU,ZeferinoRS.ACSAppliedMaterials&Interfaces,2012,4(9):4807-4816)利用微波化学反应法，在ZnO纳米棒的表面上生长Au纳米颗粒，增加了ZnO在紫外区域的散射，光催化性能增强。Bora(BoraT,KyawHH,SarkarS,et.al.BeilsteinJournalofNanotechnology,2011,2:681-690)将其应用在染料敏化太阳能电池中，与单纯的ZnO纳米棒相比较，其电池的效率由5.34％提高到6.49％。Rand(RandBP,PeumansP,ForrestSR.JournalOfAppliedPhysics,2004,96(12):7519-7521)曾报道将银纳米团簇颗粒沉积在叠层太阳能电池之间的有机活化层上，作为其复合边界，使得电池中产生的电荷以及对太阳光的吸收都有了显著的增加。他们认为所带来的这种意想不到的结果，主要是因为银纳米团簇颗粒的等离子体的共振效应增加了电池的光电流。迄今为止，未有载银凹凸棒土复合染料敏化太阳能电池制备方法的报道。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明目的在于提出一种载银凹凸棒土复合染料敏化太阳能电池的制备方法，以期利用载银凹凸棒土大的比表面积阻止酞菁染料在TiO2电极上的聚集，提高染料敏化太阳能电池的光伏性能。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明提供了一种载银凹凸棒土复合染料敏化太阳能电池的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)称取0.2～0.4g经过纯化的凹凸棒土，置于250mL的三口烧瓶中，加入50～100mL的去离子水；在60～70℃的加热条件下，超声机械搅拌30～50min；加入50～70mL的0.1～0.3mol/LAgNO3溶液，保持加热机械搅拌1h～3h；滴加NaOH溶液调节混合溶液7≤pH≤9时，再将1～3mol/L葡萄糖溶液5～15mL缓慢加入其中进行反应15～30min，得到黄褐色的产物，离心分离，得到载银凹凸棒土；
(2)将步骤(1)得到的载银凹凸棒土加入30～50μM酞菁溶液中超声分散15～60min,得到载银凹凸棒土复合染料溶液；
所述载银凹凸棒土与酞菁染料溶液的比例为1～50mg：50mL；
(3)将TiO2电极于440～460℃条件下活化20～40min，冷却至80℃～100℃时浸泡在步骤(2)得到的载银凹凸棒土酞菁染料溶液中，于室温条件下保持6～10h取出后，先用DMSO冲洗，然后用乙醇清洗后立即用氮气吹干，得到染料敏化的TiO2电极；
(4)将步骤(3)染料敏化的TiO2电极作为光阳极，并在电极两侧贴上隐形胶带避免回路短路；另以一块镀有金属Pt的掺氟SnO2导电玻璃作为对电极；注入电解质后固定，形成夹心结构，即得载银凹凸棒土复合染料敏化太阳能电池。
进一步的，步骤(1)中：采用化学还原法，葡萄糖与硝酸银化学反应的物质量比为2:1。
进一步的，步骤(1)中所述的载银凹凸棒土的粒径分布在400～500nm。
进一步的，步骤(4)中所述的隐形胶带的厚度为50μm。
进一步的，步骤(4)中所述的电解质为DMPII/LiI/I2/TBP/GuSCN混合溶液。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
(1)本发明的制备方法简单，操作简便，凹凸棒土来源广泛，成本较低，可规模化生产。
(2)本发明得到的载银凹凸棒土酞菁染料敏化太阳能电池的光伏性能高，从而提高了酞菁染料敏化太阳能电池的效率。
附图说明
图1为未载银凹凸棒土纳米颗粒分布在TiO2电极表面的场发射扫描电镜(FESEM)图。
图2为葡萄糖：硝酸银的物质量比为1:1的载银凹凸棒土纳米复合颗粒分布在TiO2电极表面的场发射扫描电镜(FESEM)图。
图3为葡萄糖：硝酸银的物质量比为2:1的载银凹凸棒土纳米复合颗粒分布在TiO2电极表面的场发射扫描电镜(FESEM)图。
图4为葡萄糖：硝酸银的物质量比为3:1的载银凹凸棒土纳米复合颗粒分布在TiO2电极表面的场发射扫描电镜(FESEM)图。
从以上图可知，图3中的载银凹凸棒土纳米复合颗粒粒径分布较其他附图更均匀，电镜效果更佳。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
称取0.25g经过纯化的凹凸棒土，置于250mL的三口烧瓶中，加入50mL的去离子水。在60℃的加热条件下，超声机械搅拌30min。加入50mL的0.1mol/LAgNO3溶液，保持加热机械搅拌1h。滴加NaOH溶液调节混合溶液pH≈8时，再将5mL1mol/L葡萄糖溶液缓慢加入其中进行反应15min，得到黄褐色的产物，离心分离，得到载银凹凸棒土。将1mg载银凹凸棒土加入50mL32μM的酞菁染料溶液中超声分散60min。将购买的TiO2电极于450℃条件下活化30min，冷却至85℃时浸泡在酞菁染料溶液中敏化，于室温条件下保持8h。染料敏化的TiO2电极从染料溶液中取出后，先用DMSO溶剂冲洗3次除去TiO2电极表面未吸附的染料，然后用乙醇清洗5次后立即用氮气吹干。将敏化的TiO2电极作为光阳极，并在电极两侧贴上隐形胶带(厚度为50微米)避免回路短路；另以一块镀有金属Pt的掺氟SnO2导电玻璃作为对电极；注入电解质DMPII/LiI/I2/TBP/GuSCN混合溶液后用两个书夹固定，形成夹心结构，即制得载银凹凸棒土酞菁染料敏化太阳能电池。
实施例2
称取0.25g经过纯化的AT，置于250mL的三口烧瓶中，加入50mL的去离子水。在60℃的加热条件下，超声机械搅拌30min。加入50mL的0.1mol/LAgNO3溶液，保持加热机械搅拌1h。滴加NaOH溶液调节混合溶液pH≈8时，再将10mL1mol/L葡萄糖溶液缓慢加入其中进行反应15min，得到黄褐色的产物，离心分离，得到载银凹凸棒土。将1mg载银凹凸棒土加入50mL32μM的酞菁染料溶液中超声分散60min。将购买的TiO2电极于450℃条件下活化30min，冷却至85℃时浸泡在酞菁染料溶液中敏化，于室温条件下保持8h。染料敏化的TiO2电极从染料溶液中取出后，先用DMSO溶剂冲洗3次除去TiO2电极表面未吸附的染料，然后用乙醇清洗5次后立即用氮气吹干。将敏化的TiO2电极作为光阳极，并在电极两侧贴上隐形胶带(厚度为50微米)避免回路短路；另以一块镀有金属Pt的掺氟SnO2导电玻璃作为对电极；注入电解质DMPII/LiI/I2/TBP/GuSCN混合溶液后用两个书夹固定，形成夹心结构，即制得载银凹凸棒土酞菁染料敏化太阳能电池。
实施例3
称取0.25g经过纯化的AT，置于250mL的三口烧瓶中，加入50mL的去离子水。在60℃的加热条件下，超声机械搅拌30min。加入50mL的0.1mol/LAgNO3溶液，保持加热机械搅拌1h。滴加NaOH溶液调节混合溶液pH≈8时，再将15mL1mol/L葡萄糖溶液缓慢加入其中进行反应15min，得到黄褐色的产物，离心分离，得到载银凹凸棒土。将1mg载银凹凸棒土加入50mL32μM的酞菁染料溶液中超声分散60min。将购买的TiO2电极于450℃条件下活化30min，冷却至85℃时浸泡在酞菁染料溶液中敏化，于室温条件下保持8h。染料敏化的TiO2电极从染料溶液中取出后，先用DMSO溶剂冲洗3次除去TiO2电极表面未吸附的染料，然后用乙醇清洗5次后立即用氮气吹干。将敏化的TiO2电极作为光阳极，并在电极两侧贴上隐形胶带(厚度为50微米)避免回路短路；另以一块镀有金属Pt的掺氟SnO2导电玻璃作为对电极；注入电解质DMPII/LiI/I2/TBP/GuSCN混合溶液后用两个书夹固定，形成夹心结构，即制得载银凹凸棒土酞菁染料敏化太阳能电池。
比较例1
此例与上述实施例的不同在于将1mg未载银的凹凸棒土置于50mL32μM的酞菁染料溶液中超声分散60min，其他操作步骤同上述实施例一致，制得凹凸棒土酞菁染料敏化太阳能电池。
本发明不同实施例对应的染料敏化太阳能电池的性能参数如表1所示。
表1不同实施例对应的染料敏化太阳能电池的性能参数
Jsc:短路电流密度；Voc:开路电压；ff:填充因子；Pmax:最大输出功率；η:光电转化效率。
Claims (5)
1.一种载银凹凸棒土复合染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取0.2～0.4g经过纯化的凹凸棒土，置于250mL的三口烧瓶中，加入50～100mL的去离子水；在60～70℃的加热条件下，超声机械搅拌30～50min；加入50～70mL的0.1～0.3mol/LAgNO3溶液，保持加热机械搅拌1h～3h；滴加NaOH溶液调节混合溶液7≤pH≤9时，再将1～3mol/L葡萄糖溶液5～15mL缓慢加入其中进行反应15～30min，得到黄褐色的产物，离心分离，得到载银凹凸棒土；
(2)将步骤(1)得到的载银凹凸棒土加入30～50μM酞菁溶液中超声分散15～60min,得到载银凹凸棒土复合染料溶液；
所述载银凹凸棒土与酞菁染料溶液的比例为1～50mg：50mL；
(3)将TiO2电极于440～460℃条件下活化20～40min，冷却至80℃～100℃时浸泡在步骤(2)得到的载银凹凸棒土酞菁染料溶液中，于室温条件下保持6～10h取出后，先用DMSO冲洗，然后用乙醇清洗后立即用氮气吹干，得到染料敏化的TiO2电极；
(4)将步骤(3)染料敏化的TiO2电极作为光阳极，并在电极两侧贴上隐形胶带避免回路短路；另以一块镀有金属Pt的掺氟SnO2导电玻璃作为对电极；注入电解质后固定，形成夹心结构，即得载银凹凸棒土复合染料敏化太阳能电池。
2.如权利要求1所述的一种载银凹凸棒土复合染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于；步骤(1)中的葡萄糖与硝酸银摩尔比为2:1。
3.如权利要求1所述的一种载银凹凸棒土复合染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的载银凹凸棒土的粒径分布在400～500nm。
4.如权利要求1所述的一种载银凹凸棒土复合染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的隐形胶带的厚度为50μm。
5.如权利要求1所述的一种载银凹凸棒土复合染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的电解质为DMPII/LiI/I2/TBP/GuSCN混合溶液。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61203505A (ja) * | 1985-03-04 | 1986-09-09 | 株式会社豊田中央研究所 | 無機質導電性組成物の製造方法 |
| CN104319116A (zh) * | 2014-09-28 | 2015-01-28 | 安徽工业大学 | 一种超级电容器用微孔炭/石墨烯复合电极材料的制备方法 |
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