一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極及其制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種染料敏化太陽能電池的復合對電極及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 自1991年由瑞士 Graetzel教授提出的染料敏化二氧化鈦納米晶薄膜太陽能電 池（Dsscs)，由于理論轉化效率高、工藝簡單、制備過程能耗少、成本低等優點，得到了學 術界和工業界的廣泛關注。作為染料敏化太陽能電池的重要組成部分，對電極（counter electrode，CE)材料的價格、性能以及制備方法，直接關系到其將來的大規模應用。目前高 性能的DSSCs電池主要是采用Pt作為對電極.Pt對電極雖然具有優越的性能，但是較 高的成本限制了它的大規模應用和工業化進程應用。
[0003] 因此，開發可取代Pt對電極，并具有廉價、高性能特征的對電極已經是一個急需 解決的問題。
【發明內容】
[0004] 為了克服上述現有技術中的不足，本發明提供了一種成本較低、制備工藝簡單的 炭黑復合對電極，用其代替染料敏化太陽能電池的Pt對電極，便于染料敏化太陽能電池的 大規模應用。
[0005] 本發明的目的是這樣實現的： 一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極，包括炭黑與摻鋁的氧化鋅水膠體均 勻混合的復合物材料及用于涂敷上述復合物材料的導電玻璃； 所述的炭黑的粒徑小，比表面積大且粗糙，結構高，表面潔凈化合物少，具有一定的導 電性； 所述的摻鋁的氧化鋅水膠體為二水合乙酸鋅和九水硝酸鋁經過處理后的混合物； 所述的導電玻璃，為摻雜氟的SnO2透明導電玻璃，簡稱FTO ; 一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極的制備方法，通過下列步驟實現： (1 )將炭黑與摻鋁的氧化鋅水膠體物質按比例混合成糊狀物，充分研磨，得到混合 均勻的炭黑/摻鋁的氧化鋅復合物，備用； (2 )清洗導電玻璃，將步驟（1)中制得的炭黑/摻鋁的氧化鋅水膠體復合物涂敷在 已清洗干凈的導電玻璃上，干燥后燒結即得到用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電 極； 一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極的制備方法，通過下列步驟實現： (1 )將0.13g炭黑、0.3mL水和0.4mL10%的去曲拉通分別與0.2mL、0.3mL、0.4mL 和0.5 mL摻鋁的氧化鋅水膠體溶液混合成糊狀，充分研磨，得到混合均勻的炭黑/摻鋁的 氧化鋅復合物，備用； (2 )清洗導電玻璃，將步驟（1)中制得的炭黑/摻鋁的氧化鋅水膠體復合物均勻涂 在已清洗干凈的導電玻璃上，干燥后在450°C燒結30min，即可得到用于染料敏化太陽能 電池的炭黑復合對電極； 一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極的制備方法，將〇. 13g炭黑與0. 4mL 摻鋁的氧化鋅水膠體、〇. 3mL水和0. 4mL10%的去曲拉通溶液混合成糊狀，充分研磨，得到混 合均勻的炭黑/摻鋁的氧化鋅復合物，將配制好的混合均勻的炭黑/摻鋁的氧化鋅復合物 轉移于導電玻璃上，并用玻璃棒涂抹均勻，干燥后450°C燒結30min，即得到用于染料敏化 太陽能電池的炭黑復合對電極。
[0006] 積極有益效果：本發明制備的用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極，采用 有利于離子傳輸的比表面積比較大的炭黑作為催化還原主體材料，因而具有高性能的催化 還原]V的能力，該炭黑復合對電極不僅成本低，而且制各工藝簡單、穩定性高、轉換效率 高等優點，可以解決染料敏化太陽能電池中Pt對電極成本高的問題，有利于染料敏化太 陽能電池的大規模生產應用。
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發明的炭黑/Pt對電極的I-V曲線。
【具體實施方式】
[0008] 下面結合具體實施例，對本發明做進一步的說明： 一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極，包括炭黑與摻鋁的氧化鋅水膠體均 勻混合的復合物材料及用于涂敷上述復合物材料的導電玻璃； 所述的炭黑的粒徑小，比表面積大且粗糙，結構高，表面潔凈化合物少，具有一定的導 電性； 所述的摻鋁的氧化鋅水膠體為二水合乙酸鋅和九水硝酸鋁經過處理后的混合物； 所述的導電玻璃，為摻雜氟的SnO2透明導電玻璃，簡稱FTO ; 一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極的制備方法，通過下列步驟實現： (1 )將炭黑與摻鋁的氧化鋅水膠體物質按比例混合成糊狀物，充分研磨，得到混合 均勻的炭黑/摻鋁的氧化鋅復合物，備用； (2 )清洗導電玻璃，將步驟（1)中制得的炭黑/摻鋁的氧化鋅水膠體復合物涂敷在 已清洗干凈的導電玻璃上，干燥后燒結即得到用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電 極； 一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極的制備方法，通過下列步驟實現： (1 )將0· 13g炭黑、0· 3mL水和0· 4mL10%的曲拉通分別與0· 2mL、0· 3mL、0· 4mL和 0. 5 mL摻鋁的氧化鋅水膠體溶液混合成糊狀，充分研磨，得到混合均勻的炭黑/摻鋁的氧 化鋅復合物，備用。
[0009] ( 2 )清洗導電玻璃，將步驟（1)中制得的炭黑/摻鋁的氧化鋅水膠體復合物 均勻涂在已清洗干凈的導電玻璃上，干燥后在450°C燒結30min，即可得到用于染料敏化 太陽能電池的炭黑復合對電極。
[0010] 實施例1 將導電玻璃（FTO)裁剪成1.5 cmX2. 5 cm大小的片，然后依次用洗潔精水超聲30min， 然后在KOH的異丙醇的溶液中浸泡過夜，然后用蒸餾水沖洗三次，備用，將當將0. 13g炭黑 與0. 2mL摻鋁的氧化鋅水膠體、0. 3mL水和0. 4mL10%的曲拉通溶液混合成糊狀，充分研磨， 得到混合均勻的炭黑/摻鋁的氧化鋅復合物，將混合均勻的炭黑/摻鋁的氧化鋅復合物用 玻璃棒刮涂在導電玻璃上，干燥后在馬弗爐里450 °C燒結30 min，得到具有催化活性的對電 極。
[0011] 實施例2 將導電玻璃（FTO)裁剪成1.5 cmX2. 5 cm大小的片，然后依次用洗潔精水超聲30min， 然后在KOH的異丙醇的溶液中浸泡過夜，然后用蒸餾水沖洗三次，備用，將當將0. 13g炭黑 與0. 3mL摻鋁的氧化鋅水膠體、0. 3mL水和0. 4mL10%的曲拉通溶液混合成糊狀，充分研磨， 得到混合均勻的炭黑/摻鋁的氧化鋅復合物，將混合均勻的炭黑/摻鋁的氧化鋅復合物用 玻璃棒刮涂在導電玻璃上，干燥后在馬弗爐里450 °C燒結30 min，得到具有催化活性的對電 極。
[0012] 實施例3 將導電玻璃（FTO)裁剪成1.5 cmX2. 5 cm大小的片，然后依次用洗潔精水超聲30min， 然后在KOH的異丙醇的溶液中浸泡過夜，然后用蒸餾水沖洗三次，備用，將當將0. 13g炭黑 與0. 4mL摻鋁的氧化鋅水膠體、0. 3mL水和0. 4mL10%的曲拉通溶液混合成糊狀，充分研磨， 得到混合均勻的炭黑/摻鋁的氧化鋅復合物，將混合均勻的炭黑/摻鋁的氧化鋅復合物用 玻璃棒刮涂在導電玻璃上，干燥后在馬弗爐里450 °C燒結30 min，得到具有催化活性的對電 極。
[0013] 實施例4 將導電玻璃（FTO)裁剪成1.5 cmX2. 5 cm大小的片，然后依次用洗潔精水超聲30min， 然后在KOH的異丙醇的溶液中浸泡過夜，然后用蒸餾水沖洗三次，備用，將當將0. 13g炭黑 與0. 5mL摻鋁的氧化鋅水膠體、0. 3mL水和0. 4mL10%的曲拉通溶液混合成糊狀，充分研磨， 得到混合均勻的炭黑/摻鋁的氧化鋅復合物，將混合均勻的炭黑/摻鋁的氧化鋅復合物用 玻璃棒刮涂在導電玻璃上，干燥后在馬弗爐里450 °C燒結30 min，得到具有催化活性的對電 極。
[0014] 染料敏化太陽能電池的1102納米晶薄膜電極、染料和電解質溶液均使用本實驗 室的材料和制各方法.其中，TiO 2納米晶薄膜電極是TiOJK體在導電玻璃上涂成兩層致 密的TiO2納米晶薄膜；染料采用N719;電解質溶液是用合0. 5M的LiI和0.05M的12的 液體電解質。
[0015] 分別以實例3制備的炭黑對電極和Pt對電極在相同條件下組裝的電池，其測試結 果列于表1，四個實施例制備的炭黑對電極和Pt對電極其比較結果顯示于圖1 :
【主權項】
1. 一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極，其特征在于：包括炭黑與滲侶的 氧化鋒水膠體均勻混合的復合物材料及用于涂敷上述復合物材料的導電玻璃。
2. 根據權利要求1所述的一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極，其特征在 于；所述的炭黑的粒徑小，比表面積大且粗趟，結構高，表面潔凈化合物少，具有導電性。
3. 根據權利要求1所述的一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極，其特征在 于；所述的滲侶的氧化鋒水膠體為二水合己酸鋒和九水硝酸侶經過處理后的混合物。
4. 根據權利要求1所述的一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極，其特征在 于：所述的導電玻璃，為滲雜氣的Sn化透明導電玻璃，簡稱FTO。
5. 如權利要求1所述的一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極的制備方法， 通過下列步驟實現： (1 )將炭黑與滲侶的氧化鋒水膠體物質按比例混合成糊狀物，充分研磨，得到混合 均勻的炭黑/滲侶的氧化鋒復合物，備用； (2 )清洗導電玻璃，將步驟（1)中制得的炭黑/滲侶的氧化鋒水膠體復合物涂敷在 已清洗干凈的導電玻璃上，干燥后燒結即得到用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電 極。
6. 如權利要求1所述的一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極的制備方法， 通過下列步驟實現： (1 )將0. 13g炭黑、0. 3血水和0. 4mL10%的曲拉通溶液分別與0. 2mL、0. 3mL、0. 4mL 和0.5 mL滲侶的氧化鋒水膠體、混合成糊狀，充分研磨，得到混合均勻的炭黑/滲侶的氧 化鋒復合物，備用； (2 )清洗導電玻璃，將步驟（1)中制得的炭黑/滲侶的氧化鋒水膠體復合物均勻 涂在已清洗干凈的導電玻璃上，干燥后在450°C燒結30min，即可得到用于染料敏化太陽 能電池的炭黑復合對電極。
7. 權利要求5所述的一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極的制備方法，其 特征在于：將0. 13g炭黑與0. 4血滲侶的氧化鋒水膠體、0. 3血水和0. 4mL10%的去曲拉 通溶液混合成糊狀，充分研磨，得到混合均勻的炭黑/滲侶的氧化鋒復合物，將配制好的 混合均勻的炭黑/滲侶的氧化鋒復合物轉移于導電玻璃上，并用玻璃椿涂抹均勻，干燥后 450°C燒結30min，即得到用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極。
【專利摘要】本發明公開了一種用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極，包括炭黑與摻鋁的氧化鋅水膠體均勻混合的復合物材料及用于涂敷上述復合物材料的導電玻璃；其制備方法通過下列步驟實現:(1)將炭黑與摻鋁的氧化鋅水膠體物質按比例混合成糊狀物，充分研磨，得到混合均勻的炭黑/摻鋁的氧化鋅復合物，備用；(2)清洗導電玻璃, 將步驟（1）中制得的炭黑/摻鋁的氧化鋅水膠體復合物涂敷在已清洗干凈的導電玻璃上，干燥后燒結即得到用于染料敏化太陽能電池的炭黑復合對電極。本發明對電極具有成本低廉、電導率高、催化活性高等特點，因而可促進染料敏化納米晶太陽能電池的大規模生產使用。
【IPC分類】H01G9-042, H01G9-20
【公開號】CN104681296
【申請號】CN201510117860
【發明人】楊術明, 任欣欣, 張文博, 王紅軍, 方旭旭
【申請人】信陽師范學院
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月18日