CN105575668B - 一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法 - Google Patents

一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法。本发明涉及一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法。本发明是为了解决现有材料制备的染料敏化太阳能电池对电极成本高和光生载流子的复合造成的电池效率低的问题。方法：一、合成杂多酸SiW11Ni。二、制备光阴极(将SiW11Ni与乙基纤维素、松节油透醇、乙醇混合均匀，丝网印刷成膜)，采用丝网印刷法制成一层膜，再将铂浆料丝网印刷两层到杂多酸上，然后高温煅烧。本发明应用于太阳能电池光阴极材料制备领域。

Description

一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备 方法
技术领域
本发明涉及一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法。
背景技术
传统铂对电极储量有限、价格昂贵以及染料敏化太阳能电池光阳极材料中注入TiO2导带的电子与电解液严重的复合造成的电池性能下降，限制了电池效率的提升。
杂多酸能与铂起到协同催化的作用，并且能够反射太阳光，提高光的利用率，因此将杂多酸材料引用到染料敏化太阳能电池对电极中能够增强对电解液中还原电对I-/I3 -的氧化还原速度，提高对电极的催化效率，并通过反射太阳光提高电池对光的利用率，从而提高电池的光电转换效率。但是，由于杂多酸粉体的导电性较差，将其用于染料敏化太阳能电池当中会充当光生载流子的复合中心，严重的界面复合反应会阻碍电子的传输，减小光电流，使得电池的光电转换效率下降。
发明内容
本发明是为了解决现有材料制备的染料敏化太阳能电池对电极成本高和光生载流子的复合造成的电池效率低的问题，而提供了一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法。
一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法具体是按以下步骤进行的：
一、杂多酸SiW11Ni的制备：称取SiW11溶于蒸馏水中，搅拌10min～20min后，放入温度为40℃的水浴锅中继续搅拌10min～20min，得到溶液；然后在搅拌的条件下以60滴/min的速度将浓度为0.5mol L-1的NiSO4溶液滴加到溶液中，反应10min～20min，过滤，向滤液中加入KCl，继续搅拌10min～20min后在温度为5℃的条件下放置结晶，结晶后对其重结晶，得到晶体，将晶体转移到真空烘箱中，在温度为50℃的条件下干燥，得到绿色块状SiW11Ni 晶体；所述SiW11的质量与蒸馏水的体积比为1g:(3～5)mL；所述SiW11的质量与浓度为 0.5molL-1的NiSO4溶液的体积比为1g:(0.5～1)mL；所述SiW11与KCl的质量比为1: (0.2～0.5)；
二、将步骤一得到的绿色块状SiW11Ni晶体在研钵中充分研磨，得到粉体，将粉体、乙基纤维素、松油醇和乙醇混合，搅拌均匀得到浆料，以250目丝网作为基体材料，在基体材料上印刷一层浆料，放置流平，得到SiW11Ni薄膜；采用铂浆料在SiW11Ni薄膜上通过丝网印刷2～4层铂浆料层，然后放入马弗炉中以1℃/min的升温速率将马弗炉的温度从室温升至300℃～500℃，在温度为300℃～500℃的条件下保温0.5h～1h，得到SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极；所述粉体与乙基纤维素的质量比为1:(0.1～0.5)；所述粉体与松油醇的质量比为1:(2～7)；所述粉体与乙醇的质量比为1:(2～5)。
一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的应用是将SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极作为阴极用于制备染料敏化太阳能电池。
本发明的有益效果：
采用本发明的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池，与传统的染料敏化光阴极组成的染料敏化太阳能电池相比，杂多酸修饰对电极的光阴极染料敏化太阳能电池有以下优势：
能够增强对电解液中还原电对的I-/I3 -的氧化还原速度，提高对电极的催化效率，并通过反射太阳光提高电池对光的利用率，从而提高电池的光电转换效率；增强对电解液中还原电对I-/I3 -的氧化还原速度，提高对电极的催化活性。反射太阳光，提高电池对光的利用率，提高电池的短路电流。减少电解液中I3 -的浓度，进而降低注入TiO2导带的电子与电解液的复合机会，延长电子寿命，有利于电池光电性能的提高。电解液中多生成的I-能提高染料的再生速度，有利于电池光电性能的提高。杂多酸修饰对电极的以上优势使得这种基于 SiW11Ni的光阴极组成的染料敏化太阳能电池具有较高的催化活性，有利于提高光的利用率；电池中光生电子的寿命增加，使得电池的光电转换效率有所提高。
附图说明
图1为实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的扫描电镜照片；
图2为传统铂光阴极与以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池的短路电流与开路电压曲线，其中1为传统铂光阴极，2为以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池；
图3为传统铂光阴极与以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池的表面光电压谱图，其中1为传统铂光阴极，2为以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池；
图4为传统铂光阴极与以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池的开路电压衰减曲线，其中1为传统铂光阴极，2为以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池；
图5为光照条件下传统铂光阴极与以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池的交流阻抗对比图谱，其中1为传统铂光阴极，2 为以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法具体是按以下步骤进行的：
一、杂多酸SiW11Ni的制备：称取SiW11溶于蒸馏水中，搅拌10min～20min后，放入温度为40℃的水浴锅中继续搅拌10min～20min，得到溶液；然后在搅拌的条件下以60滴/min的速度将浓度为0.5mol L-1的NiSO4溶液滴加到溶液中，反应10min～20min，过滤，向滤液中加入KCl，继续搅拌10min～20min后在温度为5℃的条件下放置结晶，结晶后对其重结晶，得到晶体，将晶体转移到真空烘箱中，在温度为50℃的条件下干燥，得到绿色块状SiW11Ni 晶体；所述SiW11的质量与蒸馏水的体积比为1g:(3～5)mL；所述SiW11的质量与浓度为 0.5molL-1的NiSO4溶液的体积比为1g:(0.5～1)mL；所述SiW11与KCl的质量比为1: (0.2～0.5)；
二、将步骤一得到的绿色块状SiW11Ni晶体在研钵中充分研磨，得到粉体，将粉体、乙基纤维素、松油醇和乙醇混合，搅拌均匀得到浆料，以250目丝网作为基体材料，在基体材料上印刷一层浆料，放置流平，得到SiW11Ni薄膜；采用铂浆料在SiW11Ni薄膜上通过丝网印刷2～4层铂浆料层，然后放入马弗炉中以1℃/min的升温速率将马弗炉的温度从室温升至300℃～500℃，在温度为300℃～500℃的条件下保温0.5h～1h，得到SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极；所述粉体与乙基纤维素的质量比为1:(0.1～0.5)；所述粉体与松油醇的质量比为1:(2～7)；所述粉体与乙醇的质量比为1:(2～5)。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述SiW11的质量与蒸馏水的体积比为1g:4.6875mL。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述SiW11的质量与浓度为0.5mol L-1的NiSO4溶液的体积比为1g:0.625mL。其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述 SiW11与KCl的质量比为1:0.3125。其他步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中在温度为400℃的条件下保温0.5h。其他步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述粉体与乙基纤维素的质量比为1:0.3。其他步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中所述粉体与松油醇的质量比为1:5。其他步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中所述粉体与乙醇的质量比为1:4。其他步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：本实施例的一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法具体是按以下步骤进行的：
一、杂多酸SiW11Ni的制备：称取6.4g SiW11溶于30mL蒸馏水中，搅拌10min～20min后，放入温度为40℃的水浴锅中继续搅拌10min～20min，得到溶液；然后在搅拌的条件下以60滴/min的速度将4mL 0.5mol L-1的NiSO4溶液滴加到溶液中，反应10min～20min，过滤，向滤液中加入2g KCl，继续搅拌10min～20min后在温度为5℃的条件下放置结晶，结晶后对其重结晶，得到晶体，将晶体转移到真空烘箱中，在温度为50℃的条件下干燥，得到绿色块状SiW11Ni晶体；
二、将步骤一得到的绿色块状SiW11Ni晶体在研钵中充分研磨，得到粉体，将粉体、乙基纤维素、松油醇和乙醇混合，搅拌均匀得到浆料，以250目丝网作为基体材料，在基体材料上印刷一层浆料，放置流平，得到SiW11Ni薄膜；采用铂浆料在SiW11Ni薄膜上通过丝网印刷2层铂浆料层，然后放入马弗炉中以1℃/min的升温速率将马弗炉的温度从室温升至 400℃，在温度为400℃的条件下保温0.5h，得到SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极；所述粉体与乙基纤维素的质量比为1:0.27；所述粉体与松油醇的质量比为1:4.68；所述粉体与乙醇的质量比为1:2.98。
图1为实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的扫描电镜照片，证实了SiW11Ni修饰的对电极中，铂较好地分布在SiW11Ni的表面。
图2为传统铂光阴极与以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池的短路电流与开路电压曲线，其中1为传统铂光阴极，2为以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池；从图中可以看出SiW11Ni修饰的光阴极能够提高对电解液的催化活性，提高电池的短路电流。
图3为传统铂光阴极与以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池的表面光电压谱图，其中1为传统铂光阴极，2为以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池；从图中可以看出SiW11Ni修饰的光阴极能够降低电池体系中电子的复合几率，增强光电压响应信号。
图4为传统铂光阴极与以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池的开路电压衰减曲线，其中1为传统铂光阴极，2为以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池；从图中可以看出这种基于SiW11Ni修饰的光阴极组成的染料敏化太阳能电池中光生电子的寿命增加。
图5为光照条件下传统铂光阴极与以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池的交流阻抗对比图谱，其中1为传统铂光阴极，2 为以实施例一得到的SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极制备的染料敏化太阳能电池；从图中可以看出这种基于SiW11Ni修饰的光阴极组成的染料敏化太阳能电池具有较小的传输电阻，有利于电子的快速传输，使得电池的光电转换效率提高。

Claims (8)

1.一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法，其特征在于SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法具体是按以下步骤进行的：
一、杂多酸SiW11Ni的制备：称取SiW11溶于蒸馏水中，搅拌10min～20min后，放入温度为40℃的水浴锅中继续搅拌10min～20min，得到溶液；然后在搅拌的条件下以60滴/min的速度将浓度为0.5mol L-1的NiSO4溶液滴加到溶液中，反应10min～20min，过滤，向滤液中加入KCl，继续搅拌10min～20min后在温度为5℃的条件下放置结晶，结晶后对其重结晶，得到晶体，将晶体转移到真空烘箱中，在温度为50℃的条件下干燥，得到绿色块状SiW11Ni晶体；所述SiW11的质量与蒸馏水的体积比为1g:(3～5)mL；所述SiW11的质量与浓度为0.5mol L-1的NiSO4溶液的体积比为1g:(0.5～1)mL；所述SiW11与KCl的质量比为1:(0.2～0.5)；
二、将步骤一得到的绿色块状SiW11Ni晶体在研钵中充分研磨，得到粉体，将粉体、乙基纤维素、松油醇和乙醇混合，搅拌均匀得到浆料，以250目丝网作为基体材料，在基体材料上印刷一层浆料，放置流平，得到SiW11Ni薄膜；采用铂浆料在SiW11Ni薄膜上通过丝网印刷2～4层铂浆料层，然后放入马弗炉中以1℃/min的升温速率将马弗炉的温度从室温升至300℃～500℃，在温度为300℃～500℃的条件下保温0.5h～1h，得到SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极；所述粉体与乙基纤维素的质量比为1:(0.1～0.5)；所述粉体与松油醇的质量比为1:(2～7)；所述粉体与乙醇的质量比为1:(2～5)。
2.根据权利要求1所述的一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法，其特征在于步骤一中所述SiW11的质量与蒸馏水的体积比为1g:4.6875mL。
3.根据权利要求1所述的一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法，其特征在于步骤一中所述SiW11的质量与浓度为0.5mol L-1的NiSO4溶液的体积比为1g:0.625mL。
4.根据权利要求1所述的一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法，其特征在于步骤一中所述SiW11与KCl的质量比为1:0.3125。
5.根据权利要求1所述的一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法，其特征在于步骤二中在温度为400℃的条件下保温0.6h。
6.根据权利要求1所述的一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法，其特征在于步骤二中所述粉体与乙基纤维素的质量比为1:0.3。
7.根据权利要求1所述的一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法，其特征在于步骤二中所述粉体与松油醇的质量比为1:5。
8.根据权利要求1所述的一种SiW11Ni杂多酸修饰染料敏化太阳能电池光阴极的制备方法，其特征在于步骤二中所述粉体与乙醇的质量比为1:4。
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