[发明专利]一种染料敏化太阳能电池的对电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池的对电极材料的制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell)是一种模仿光合作用原理的、廉价的薄膜太阳能电池。它是基于光敏电极和电解质构成的半导体的电化学系统，其应用材料廉价，不需要用精密仪器制造，而且造价与其他种类电池相比有明显的优势，同时还可以被制成软片，机械强度大，不需要特别保护来防止树枝的撞击。

自1991年瑞士科学家M.教授领导的科研小组在染料敏化太阳能电池技术上取得突破以来，欧、美、日等发达国家和地区投入大量资金进行研发，使得染料敏化太阳能电池的光电转换效率有了很大的提高。又因其原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，同时所有原材料和生产工艺都无毒、无污染，部分材料还可以得到充分的回收等优势得到了人们的大力关注，对保护人类环境具有重要意义。

染料敏化太阳能电池的对电极作为还原催化剂，通常是在带有透明导电的玻璃上镀上铂。虽然铂电极显示出较高的催化活性，但是铂作为贵金属，制备对电极必然会大大提高电池的成本，尤其是在大面积、实用化电池组件中。同时铂电极存在公认的两个问题：(1)液态电解质和电解液对铂存在的腐蚀作用；(2)铂粒与导电基底的粘着力差。这两个问题都会大大降低染料敏化太阳能电池的光电转换效率。于是，人们把目光转向性能更高、更稳定、制作更简单、成本更低廉的可替代铂的材料上。

发明内容

本发明是为了解决目前染料敏化太阳能电池的Pt对电极成本高，液态电解质和电解液对铂存在腐蚀作用以及铂粒与导电基底的粘着力差的技术问题，而提供一种染料敏化太阳能电池的对电极材料的制备方法。

本发明的一种染料敏化太阳能电池的对电极材料的制备方法具体是按以下步骤进行的：

一、将WCl₆粉末和用传统的Hummers法制备的氧化石墨混合溶解在无水乙醇中，得到混合溶液Ⅰ，然后将混合溶液Ⅰ密封于反应釜中，在温度为180℃的条件下保温24h进行溶剂热反应，自然冷却至室温，得到混合溶液Ⅱ；所述的WCl₆粉末和用传统的Hummers法制备的氧化石墨的质量比为1:(1～3)；所述的WCl₆粉末和用传统的Hummers法制备的氧化石墨总共的质量与无水乙醇的体积比为1g:200mL；

二、将步骤一得到的混合溶液Ⅱ离心，得到固相的W₁₈O₄₉-@rGO复合物，用乙醇洗涤固相的W₁₈O₄₉-@rGO复合物3次～4次，然后在室温下自然晾干，得到黑色粉末；

三、将步骤二得到的黑色粉末溶解在异丙醇中，机械搅拌12h，得到黑色溶液，使用喷笔将黑色溶液均匀的喷涂在干净的FTO导电玻璃上，将喷涂有黑色溶液的FTO玻璃在N₂保护和温度为500℃的条件下煅烧30min，自然降至室温，得到W₁₈O₄₉-@rGO；所述的黑色粉末的质量与异丙醇的体积比为1g:100mL。

本发明的原理：

石墨烯具有优异的导电性能，而W₁₈O₄₉可以提供大量的活性位点，本发明由两者形成的W₁₈O₄₉-@rGO复合结构既可以保持石墨烯的导电性能，又可以保持W₁₈O₄₉的催化活性，另外在W₁₈O₄₉-@rGO的复合结构中，片层结构的石墨烯提供与电解液接触的巨大面积，大大增加了电子的传输速率，W₁₈O₄₉中大量的活性位点有效的将I^3-还原为I^-。

本发明的优点：

本发明的方法是一种操作简单、成本低廉、具有较高的催化活性和稳定性的染料敏化太阳能电池的对电极材料，利用六氯化钨作为钨源和氧化石墨通过溶剂热的方法合成W₁₈O₄₉-@rGO，可以作为染料敏化太阳能电池的对电极。染料敏化太阳能电池的光电转换效率达到7.2％，与Pt电极十分接近。

附图说明

图1是试验一制备的W₁₈O₄₉-@rGO的SEM图；

图2是试验一制备的W₁₈O₄₉-@rGO的XRD图；