[发明专利]基于三磷化钴二元对电极在染料敏化太阳能电池中的应用

说明书

本申请公开一种基于CoP₃二元对电极在染料敏化太阳能电池中的应用，属于太阳能电池技术领域，将染料敏化后的TiO₂光阳极和CoP₃对电极组装成具有三明治结构的电池，用注射器将电解质注入隔膜，之后进行封装、即得。本发明采用原位水热法和真空密封退火法在碳纸上制备一薄层CoP₃纳米线作为DSSCs对电极，并组装成DSSC，在100 mW·cm⁻²模拟太阳光辐照下，DSSC的光电转换效率达到6.84%，不仅获得基于铂（Pt）对电极DSSCs的优越性能，还极大地降低了DSSCs成本。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于三磷化钴二元对电极在染料敏化太阳能电池中的应用。

背景技术

太阳能电池开发研究已经成为全球关注的热点，太阳能利用势必成为人类生存的必备能源。而太阳能电池的研制就是太阳能这一清洁能源最有效的利用途径。染料敏化太阳能电池（DSSCs）因其制备工艺简单、成本低廉、光电转换效率高、环境友好等优点也必然成为取代传统硅基太阳能电池的最佳选择之一。那么对电极作为DSSC关键部件，其成本高低和性能好坏是决定DSSCs商业化成本和竞争强弱的所在。

磷化物在电催化方面作为催化剂被广泛研究，并且表现出优越的性能，然而，在DSSC中却未见报道，因此，发明人设想将磷化物引入到DSSC中，作为非铂催化剂来替代成本高昂的Pt电极。基于上述考虑，本文采用原位水热法和真空密封退火法在碳纸上制备一薄层CoP₃纳米线作为DSSCs对电极，并组装成DSSC，在100 mW·cm⁻²模拟太阳光辐照下，DSSC的光电转换效率达到6.84%，不仅获得基于铂（Pt）对电极DSSCs的优越性能，还极大地降低了DSSCs成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三磷化钴（CoP₃）二元对电极在染料敏化太阳能电池中的应用。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

基于CoP₃二元对电极在染料敏化太阳能电池中的应用， 将染料敏化后的TiO₂光阳极和CoP₃对电极组装成具有三明治结构的电池，用注射器将电解质注入隔膜，之后进行封装、即得。

进一步地，CoP₃对电极通过下述过程获得：将六水合硝酸钴0.582克、氟化铵0.186克、尿素0.6克加到50 ml的超纯水中充分搅拌至完全溶解，之后将上述溶液转移到100 ml装有碳纸的反应釜中，维持恒温120℃持续反应6h；待反应釜自然冷却，取出合成有钴基前驱体的碳纸，清洗，干燥，将合成有钴基前驱体的碳纸与2g红磷置于管式炉中，在氩气气氛中750℃维持300分钟，即得CoP₃对电极。

进一步地，染料敏化后的TiO₂光阳极通过下述方法获得：

(1) 配置0.04M的四氯化钛水溶液，冰箱保存待用；

(2) 用打孔器在透明胶带上打出一个圆孔，将带有圆孔的胶带粘到清洗洁净的导电玻璃上，采用刮涂法将粒径为20 nm的TiO₂浆体均匀涂抹在导电玻璃圆孔处，待室温下晾干后，在马弗炉中450℃烧结30分钟；将得到的TiO₂电极浸泡入0.04mM的四氯化钛水溶液，在烘箱中70℃加热30分钟后自然晾干，再在马弗炉450℃烧结30分钟；将退火后的TiO₂电极浸泡在Z907染料中24小时，即得染料敏化的TiO₂电极。

进一步地，电解质为含下述浓度物质的乙腈溶液：0.60 M四正丁基碘化铵、0.10 M碘化锂、0.05 M碘单质和0.50 M 4-特丁基吡啶。