[发明专利]一种用于染料敏化太阳能电池的对电极材料、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于新型材料及绿色可再生能源技术领域，具体涉及一种用于染料敏化太阳能电池的对电极材料的制备及应用。

背景技术

1991年，瑞士联邦工学院的Graetzel教授发明了染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cell，简称DSC)。由于其成本低廉，制作工艺简单，效率较高，环境友好，一经问世便引起世界范围的研究热潮。DSC主要是由三部分组成，即：光阳极，通常是吸附有染料的纳米晶二氧化钛薄膜；对电极，通常是铂电极；还有包含I₃^-/I^-氧化还原电对的电解质。其原理是：染料吸收一个光子，染料从基态跃迁到激发态，染料激发态不稳定，产生一个光生电子和染料正离子，光生电子会迅速注入到二氧化钛的导带并通过二氧化钛的多孔结构达到导电基底，然后流经外电路达到对电极。在对电极上，I₃^-被流经外电路的电子还原为I^-，在二氧化钛多孔膜中，染料正离子被I^-还原，实现染料的再生，完成整个电路循环。由此可见对电极是DSC的重要组成部分，目前主要是用铂(Pt)作对电极。铂电极虽然性能优越但是价格昂贵，而且铂的储量很有限，因此急需寻找铂的替代材料。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种用于染料敏化太阳能电池的对电极材料、其制备方法以及将其作为对电极材料代替铂应用于染料敏化太阳能电池的应用。本发明对电极材料的制备方法是：以金属氯化物，酚类物质和醛类物质生成的酚醛树脂为碳源，模板剂为三嵌段聚合物，经混合、搅拌、烧结的工艺方法制备而成。这种能代替铂的材料制备的电极可以催化染料敏化太阳能电池中所涉及的电解液中的氧化还原电对，如I₃-/I-、Br₃-/Br-及其它的有机氧化还原电对，及金属有机配合物氧化还原电对，能得到很高的光电流和开路电压及光电转换效率。

本发明通过下述方法制备，具体步骤包括：

(a)按模板剂∶酚类物质∶乙酸∶金属氯化物∶醛类物质的质量比为2.5∶1.65∶0.25～1.0∶0.45～1.8∶1.35～5.4称取各原料；

(b)将模板剂按2.5g/30mL的比例溶于乙醇中，搅拌直至完全溶解；

(c)向步骤(b)获得的混合液中，加入酚类物质和乙酸，搅拌30min；

(d)向步骤(c)获得的混合液中，加入金属氯化物，搅拌30min；

(e)向步骤(d)获得的混合液中，加入醛类物质，搅拌30min后获得胶状液体，再经过烧结制得；

其中：

模板剂为三嵌段聚合物P123或F127；

酚类物质为间苯二酚、间苯三酚、苯酚中的一种；

金属氯化物为下述的一种：氯化氧钒，四氯化钛，四氯化锆，五氯化铌，三氯化铬，五氯化钼，六氯化钨；

醛类物质为甲醛或乙醛。

优选的，上述方法中的模板剂为三嵌段聚合物F127。

优选的，上述方法中的金属氯化物为氯化氧钒。

优选的，上述方法中的酚类物质为间苯二酚。

优选的，上述方法中的醛类物质为甲醛。

优选的，上述方法中的烧结的条件是，于80℃放置3天，在1100℃烧结5h。

本发明的另外一方面在于：利用上述方法制备的一种用于染料敏化太阳能电池的对电极材料。

本发明的再一方面在于：利用上述方法制备的介孔碳负载的对电极材料作为染料敏化太阳能电池对电极的应用。

通过本发明中实施例所述方法制备的介孔碳负载的碳化钒(以下简称VC-MC)材料，可作为对电极材料用于染料敏化太阳能电池，实验表明，以此种材料为对电极的染料敏化太阳能电池能得到很高的光电流和开路电压及光电转换效率，能代替传统以铂材料制备的电极，由于所用材料价格低廉且对电极及电池的制作工艺简单，解决了铂电极价格昂贵和资源短缺等问题，具有广阔的应用前景。

本发明的有益效果：

利用本发明提供的合成技术可制备一系列低成本可代替铂用于染料敏化太阳能电池的介孔碳负载的金属碳化物。本发明由于所用材料价格低廉且对电极及电池的制作工艺简单，解决了铂电极价格昂贵和资源短缺等问题。

附图说明

附图1介孔碳负载碳化钒的XRD谱图；

如图2是介孔碳负载碳化钒的扫描电镜图；