染料敏化太陽能電池對電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種太陽能電池，尤其涉及一種染料敏化太陽能電池對電極及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 染料敏化太陽能電池對電極的電極材料通常一般采用貴金屬鉑，然而其缺點是使 用貴金屬鉑，存在許多問題，比如：價格昂貴，地球上存有量少，不利于商業(yè)化。所以近年許 多研宄者一直致力于研宄各種碳材料，作為鉑的替代品。作為電極材料不僅要有良好的導(dǎo) 電性，同時，要具有一定的給電子能力。雖然單一的石墨化碳的導(dǎo)電性很好，但給電子能力 相對較差，以至于不能成為很好的電極材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題之一是提供一種操作簡單，成本低，光電轉(zhuǎn)換效率高的對 電極的制備方法。
[0004] 染料敏化太陽能電池對電極的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
[0005] (1)將六水合硝酸鈷和2-甲基咪唑分別用甲醇溶解，將六水合硝酸鈷的甲醇溶液 和2-甲基咪唑的甲醇溶液在室溫下混合，攪拌20-40分鐘后離心，將所得產(chǎn)物分離、洗滌、 干燥，得到ZIF-67 ;
[0006] (2)步驟⑴得到的ZIF-67在惰性氣體氣氛下，于650-850°C焙燒2h ;
[0007] (3)經(jīng)過步驟（2)處理得到的產(chǎn)物用異丙醇溶解，球磨6-8h，將所得顆粒物噴涂于 FTO導(dǎo)電玻璃表面，然后進(jìn)行干燥。
[0008] 所述染料敏化太陽能電池對電極的制備方法的步驟（1)中，甲醇作為六水合硝酸 鈷和2-甲基咪唑的溶劑，甲醇的用量以將六水合硝酸鈷和2-甲基咪唑溶解為準(zhǔn)；所述甲醇 優(yōu)選為無水甲醇。
[0009] 優(yōu)選地，所述步驟（1)中的洗滌過程為用乙醇洗滌2-3次，所述乙醇優(yōu)選為無水乙 醇；所述步驟（1)中的干燥過程為在40°C真空干燥10-14小時；所述步驟（1)中六水合硝 酸鈷與2-甲基咪唑的摩爾比為1:4。
[0010] 優(yōu)選地，所述步驟（2)中的惰性氣體為氮氣；焙燒過程在管式爐中進(jìn)行。
[0011] 優(yōu)選地，所述步驟（3)中的干燥過程為在烘箱中80°C加熱120分鐘。
[0012] 優(yōu)選地，所述步驟（3)中異丙醇的用量為，每200毫克產(chǎn)物用4毫升異丙醇溶解。
[0013] 本發(fā)明所述制備方法的步驟（2)中，ZIF-67的焙燒溫度越高，實驗結(jié)果表明焙燒 后的產(chǎn)物的光電轉(zhuǎn)化效率最高，這是因為焙燒溫度高的產(chǎn)物的石墨化程度高，導(dǎo)電性好。
[0014] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題之二是提供一種由上述方法制備的染料敏化太陽能電池 對電極。
[0015] 染料敏化太陽能電池對電極，所述對電極由上述的方法制備。
[0016] 染料敏化太陽能電池對電極，所述對電極由上述的方法制備，所述方法的步驟（3) 中所述顆粒物的噴涂厚度為4-6 μ m。
[0017] 所述顆粒物的噴涂厚度為4-6 μ m的對電極制成的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化率較 高，但顆粒物的噴涂厚度不限于4-6 μ m。
[0018] 本發(fā)明所述制備方法制備得到的ZIF-67焙燒產(chǎn)物中含有Co、CoO及C，由所述 ZIF-67焙燒產(chǎn)物制備的對電極不僅導(dǎo)電性良好，而且Co、CoO的存在提高了對電極的催化 性能，加快了給電子能力。因此本發(fā)明制備的對電極的光電轉(zhuǎn)化率較高，高于用碳材料制備 的對電極的光電轉(zhuǎn)化率，接近鉑電極的光電轉(zhuǎn)化率。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所述電極對的制備方法操作簡單，成本低，組裝成染 料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率較高，基本接近鉑電極的光電轉(zhuǎn)化效率，穩(wěn)定性較好，是 一種很有潛力的染料敏化太陽能電池對電極的替代材料。
【附圖說明】
[0020] 本發(fā)明附圖5幅，
[0021] 圖1為實施例1制備的ZIF-67的X射線衍射圖；
[0022] 圖2為實施例1制備的ZIF-67的熱重圖；
[0023] 圖3為實施例3的步驟（2)所得ZIF-67焙燒產(chǎn)物的能譜圖；
[0024] 圖4為實施例1、實施例2、實施例3和對比例3制備的對電極制成的染料
[0025] 敏化太陽能電池的I-V曲線；
[0026] 圖5為實施例3、對比例1、對比例2和對比例3制備的對電極制成的染料
[0027] 敏化太陽能電池的I-V曲線。
【具體實施方式】
[0028] 下述非限定性實施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以 任何方式限制本發(fā)明。
[0029] 實施例1
[0030] (1)分別取 I. 3122g 2-甲基咪唑溶于 30ml 甲醇中，I. 1641g Co(NO3)2 · 6H20 溶 于30ml甲醇中，其中，Co(NO3)2 · 6H20與2-甲基咪唑的摩爾比為1:4,常溫下分別攪拌約 30min后將兩溶液均勻混合，再攪拌大約30min，離心，所得產(chǎn)物用無水乙醇通過離心方式 洗滌2~3次，然后于40°C真空干燥12h左右，即可得到紫色粉末狀的ZIF-67 (ZIF-67的表 征圖如附圖1和圖2所示）；
[0031] (2)將合成的紫色粉末狀的ZIF-67放入管式爐中在氮氣氛圍下于650°C焙燒2h， 然后降到室溫；
[0032] (3)將經(jīng)步驟（2)處理得到的產(chǎn)物溶于異丙醇（分析純，用量為每200mg產(chǎn)物用 4ml異丙醇溶解）中，球磨6~8h左右，噴涂到FTO導(dǎo)電玻璃上，厚度為5 μ m，然后放到烘 箱中80°C加熱120分鐘，制得染料敏化太陽能電池對電極。
[0033] 實施例2
[0034] 條件和步驟同實施例1，不同之處僅在于，步驟（2)中的焙燒溫度為750°C。
[0035] 實施例3
[0036] 條件和步驟同實施例1，不同之處僅在于，步驟（2)中的焙燒溫度為850°C。其中， 步驟（2)所得產(chǎn)物的能譜圖如附圖3所示。
[0037] 對比例1
[0038] 條件和步驟同實施例3,不同之處僅在于，在步驟（2)之后步驟（3)之前加入用鹽 酸處理的過程：ZIF-67在850°C焙燒后得到的的產(chǎn)物用0.0 lmol/L HCl (鹽酸的用量為，每 150mg產(chǎn)物用3ml鹽酸）磁力攪拌處理45min，用去離子水、孔徑為0. 45 μπι的過濾膜真空 抽濾，80°C干燥2h。
[0039] 對比例2
[0040] 條件和步驟同對比例1，不同之處僅在于，鹽酸處理過程中所用的鹽酸濃度為 0. lmol/L HClo
[0041] 對比例3
[0042] 用磁控濺射的方法制備鉑電極，將鉑濺射到FTO導(dǎo)電玻璃上，鉑的厚度大約為 200nm〇
[0043] 效果實施例--對電極光電性能測試
[0044] 實施例1、實施例2、實施例3、對比例1、對比例2和對比例3制備的對電極按下述 方法制成染料敏化太陽能電池。
[0045] 染料敏化太陽能電池的組裝過程：
[0046] 1 ·將TiO2漿料（顆粒大小約20-30nm)印刷到FTO導(dǎo)電玻璃上（有效面積為 4_^4!11111，厚度大約14-16 4111)，在馬弗爐中325°〇燒15分鐘，375°〇燒15分鐘，450°〇燒25 分鐘，500 °C焙燒30分鐘，冷卻至室溫，然后在染料（主要成分N719,乙腈與叔丁基的體積比 為1:1)中45。。浸泡100分鐘；
[0047] 2.將1102光陽極從染料缸中取出，用乙醇沖洗，風(fēng)機(jī)吹干，然后與實施例1、實施 例2、實施例3、對比例1、對比例2或?qū)Ρ壤?制得的對電極對接，夾子夾緊，組裝成電池，電 解質(zhì)（用的是液態(tài)Γ/Ι 3_電解質(zhì)）在測試的時候順著玻璃滴加。
[0048] 利用下列儀器測試制成的染料敏化太陽能電池的I-V曲線和光電轉(zhuǎn)化效率，① 數(shù)字源表（Keithley 2601，美國吉時利儀器公司）②太陽光模擬器（氙燈，燈光參數(shù)為 AML 5, 100mW/cm2) (PEC-L15,日本Peccell公司）③標(biāo)準(zhǔn)硅電池（用于校正光源）（BS-520， 日本夏普公司）。
[0049] 結(jié)果顯示，如圖4所示，為實施例1、實施例2、實施例3和對比例3制備的對電極 制成的染料敏化太陽能電池的I-V曲線。其中，標(biāo)記ZIF-67-650、ZIF-67-750、ZIF-67-850 和鉑電極分別代表實施例1、實施例2、實施例3和對比例3制備的對電極制成的染料敏化 太陽能電池。由此表明，ZIF-67的焙燒溫度越高，焙燒后的產(chǎn)物的光電轉(zhuǎn)化效率最高，這是 因為焙燒溫度高的產(chǎn)物的石墨化程度高，導(dǎo)電性好。表1為上述四種電池的光電轉(zhuǎn)化效率 數(shù)據(jù)。
[0050] 表 1
[0051]
【主權(quán)項】
1. 染料敏化太陽能電池對電極的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步 驟： (1) 將六水合硝酸鈷和2-甲基咪唑分別用甲醇溶解，將六水合硝酸鈷的甲醇溶液和 2-甲基咪唑的甲醇溶液在室溫下混合，攪拌20-40分鐘后離心，將所得產(chǎn)物分離、洗滌、干 燥，得到ZIF-67 ; (2) 步驟（1)得到的ZIF-67在惰性氣體氣氛下，于650-850°C焙燒2h ; (3) 經(jīng)過步驟（2)處理得到的產(chǎn)物用異丙醇溶解，球磨6-8h，將所得顆粒物噴涂于FTO 導(dǎo)電玻璃表面，然后進(jìn)行干燥。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述染料敏化太陽能電池對電極的制備方法，其特征在于，所述步 驟（1)中的干燥過程為在40°C真空干燥10-14小時。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述染料敏化太陽能電池對電極的制備方法，其特征在于，所述步 驟⑴中六水合硝酸鈷與2-甲基咪唑的摩爾比為1:4。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述染料敏化太陽能電池對電極的制備方法，其特征在于，所述步 驟（2)中的惰性氣體為氮氣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述染料敏化太陽能電池對電極的制備方法，其特征在于，所述步 驟（2)中的焙燒過程在管式爐中進(jìn)行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述染料敏化太陽能電池對電極的制備方法，其特征在于，所述步 驟（3)中的干燥過程為在烘箱中80°C加熱120分鐘。
7. 染料敏化太陽能電池對電極，其特征在于，所述對電極由權(quán)利要求1-6任意一項權(quán) 利要求所述的方法制備。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的染料敏化太陽能電池對電極，其特征在于，所述方法的步驟 (3)中所述顆粒物的噴涂厚度為4-6 ym。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種染料敏化太陽能電池對電極及其制備方法，所述制備方法包括如下步驟：(1)將六水合硝酸鈷和2-甲基咪唑分別用甲醇溶解，將六水合硝酸鈷的甲醇溶液和2-甲基咪唑的甲醇溶液在室溫下混合，攪拌20-40分鐘后離心，將所得產(chǎn)物分離、洗滌、干燥，得到ZIF-67；(2)步驟(1)得到的ZIF-67在惰性氣體氣氛下，于600-850℃焙燒2h；(3)經(jīng)過步驟(2)處理得到的產(chǎn)物用異丙醇溶解，球磨6-8h，將所得顆粒物噴涂于FTO導(dǎo)電玻璃表面，然后進(jìn)行干燥。本發(fā)明所述電極對的制備方法操作簡單，成本低，組裝成染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率較高。
【IPC分類】H01G9-042, H01G9-20
【公開號】CN104752062
【申請?zhí)枴緾N201510166203
【發(fā)明人】郝策, 馮明巧, 景洪宇, 任素貞, 史彥濤, 郝娟媛
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月9日