染料敏化太陽能電池碳對電極及制備方法技術

本發明專利技術公開了一種染料敏化太陽能電池碳對電極及制備方法，該染料敏化太陽能電池碳對電極，包括導電基底和電解質層，其特征在于還包括具有電化學催化活性的碳層；所述的導電基底是在基底上裝有導電層構成；所述的碳層固化在導電層的外側面；其制備方法包括如下步驟：ａ．在清洗干凈的基底上沉積一層導電層，作為承載碳層的導電基底；ｂ．在基底的導電基底上制備一層具有電化學催化活性的碳層，在１００～５００℃進行熱處理；ｃ．經過清洗，自然干燥，得到催化對電極。該對電極具有高電導率、高催化活性、高穩定性等特點，適在染料敏化太陽能電池中應用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及太陽能電池
，尤其涉及一種染料敏化太陽能電池碳對電極及制備方法。
技術介紹
在染料敏化太陽能電池中，光生電子經由外電路流入對電極，通過電極界面上的I-/I3-的氧化還原反應回到溶液，染料得以還原，實現了電池的循環工作。染料敏化太陽能電池對于對電極的要求是電阻低、催化活性高以及在電解質中穩定性好。目前采用的主要是鉑對電極，雖然鉑對電極電阻低、催化活性好。但是成本太高，不適合大規模應用。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，研制一種碳對電極，在導電基底上制備一薄碳層，具有高催化活性、高電導率、高穩定性等特點。本專利技術的技術解決方案是這樣實現的：一種染料敏化太陽能電池碳對電極，包括導電基底和電解質層，其特征在于還包括具有電化學催化活性的碳層；所述的導電基底是由基底層和導電層構成；所述的碳層固化在導電層的外側面；所述基底為玻璃或塑料；所述導電層為FTO或ITO或TCO；所述導電層優選為FTO；所述FTO是F摻雜的SnO2膜，F與SnO2的質量比為1∶100～100∶1，厚度在10～1000nm之間；所述碳層(2)由納米碳黑顆粒組成，其粒徑在1～1000nm之間；所述薄碳層的厚度在0、1～100μm。一種染料敏化太陽能電池炭對電極的制備方法，其特征在于包括如下步驟：a、在清洗干凈的基底上沉積一層導電層，作為承載碳層的導電基底；b、在基底的導電基底上制備一層具有電化學催化活性的碳層，在100～500℃進行熱處理；c、經過清洗，自然干燥，得到炭對電極。所述步驟b中在導電基底上載碳的方法為印刷法或旋轉鍍膜法或提拉法。-->所述步驟c中的炭對電極的微觀結構為致密或多孔狀。本專利技術的優點是顯而易見的，該炭對電極具有高電導率，同時對氧化還原電對有高的催化活性，能提高光的吸收率、降低電化學極化損失，從而提高電池的光電轉換效率。而且本專利技術新型電極在染料敏化電池的腐蝕環境中具有優于鉑電極的穩定性，最大的優勢是本專利技術新型電極生產成本很低，因此特別適合在染料敏化太陽能電池中大面積推廣使用。本專利技術將通過下面的實例進行舉例說明，但是，應該理解本專利技術并不限于這里所描述的特殊實例和實施方案。在這里包含這些特殊實例和實施方案的目的在于幫助本領域的技術人員實踐本專利技術。任何本領域的技術人員很容易在不脫離本專利技術精神和范圍的情況下進行進一步的改進和完善，因此本專利技術只受本專利技術權利要求的內容和范圍的限制，其意圖涵蓋所有包括在由附錄權利要求所限定的本專利技術精神和范圍內的備選方案和等同方案。附圖說明圖1為本專利技術炭對電極組裝的染料敏化太陽能電池的結構圖。圖2使用碳對電極的染料敏化太陽能電池的I-V曲線圖。圖1為本專利技術的說明書摘要附圖。圖中：1、導電層，2、碳層，3、基底，4、電解質層，5、TiO2多孔電極，6、染料光敏化劑。具體實施方式如圖1所示的本專利技術炭對電極組裝的染料敏化太陽能電池的結構圖，其中對電極由導電基底、電解質層4和具有催化活性的薄碳層2組成。所述的導電基底是在基底3上裝有導電層1構成；所述的碳層2固化在導電層1的外側面。實施例1：使用摻氟的導電玻璃FTO作為襯底。在清洗干凈的基底上使用如表1中組成的碳膏，室溫下用120目的絲網印刷法在FTO上印制厚度一定的薄碳層。室溫干燥10分鐘后，在450℃下熱處理30分，冷卻后用乙醇沖洗，干燥后得到本專利技術具有催化活性的對電極。表1碳粉(mg)TiO2溶膠(ml)水(ml)曲拉通X-100(10％)(ml)1300.20.40.2-->其中表1中TiO2溶膠的制備方法如下：不停地攪拌的條件下，將混有2ml異丙醇的鈦酸四丁脂，滴加到75ml的去離子水中，然后加入65％的硝酸0.6ml，調節pH值，在80℃下，攪拌加熱8h。得到所需的TiO2溶膠。實施例2：使用摻氟的導電玻璃FTO作為襯底。在清洗干凈的基底上使用如表2中組成的碳膏，室溫下用室溫下用120目的絲網印刷法在FTO上印制厚度一定的薄碳層。室溫干燥10分鐘后，在450℃下熱處理30分，冷卻后用乙醇沖洗，干燥后得到本專利技術具有催化活性的對電極。表2碳粉(mg)TiO2溶膠(ml)水(ml)曲拉通X-100(10％)(ml)1300.10.40.2其中表2中TiO2溶膠的制備方法如下：3mL的Ti(OC4H9)4溶于12mL的無水C2H5OH中，添加1.5mL的C4H11NO2作抑制劑，延緩Ti(OC4H9)4的強烈水解。攪拌五分鐘后，添加1mL去離子水，攪拌半小時使之混合均勻，靜置半小時，得到淺黃色穩定的TiO2溶膠。以上為本專利技術的兩個實施例，本專利技術對炭層的要求較高，所為保證本專利技術產品的可實施性，下面給出炭層的測量方法：薄碳層厚度的測試方法如下：經熱處理后的本專利技術電極，使用Alpha-step200(Tencor儀器)測量薄碳層的厚度；薄碳層比表面積的測試方法如下：經熱處理后的本專利技術電極，使用ASAP2000，通過N2注入的方法測量薄碳層的比表面積和孔隙率。染料敏化太陽能電池使用本領域中技術人員公知的方法制備，并不僅限于使用在文獻“highly?efficifent?dye-sensitized?solar?cells?based?on?carbonblack?counter?electrodes”(Takurou?N.Murakami等人，ECS，2006，153(12)：2255-2261)介紹的方法制備所需要的染料敏化太陽能電池TiO2多孔電極，使用本專利技術制備的對電極，用含有0.5M的KI和0.5M的I2的溶液作為電解質，組裝成電池進行測量。電池的光電性能采用計算機控制的XJCM-8S型太陽電池測試儀在室溫下測量。除非另有說明，本專利技術中光電性能的測量都是在室溫(25℃)下完成的。-->-->本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種染料敏化太陽能電池碳對電極，包括導電基底和電解質層（４），其特征在于還包括具有電化學催化活性的碳層（２）；所述的導電基底是在基底（３）上裝有導電層（１）構成；所述的碳層（２）固化在導電層（１）的外側面。

【技術特征摘要】
1、一種染料敏化太陽能電池碳對電極，包括導電基底和電解質層(4)，其特征在于還包括具有電化學催化活性的碳層(2)；所述的導電基底是在基底(3)上裝有導電層(1)構成；所述的碳層(2)固化在導電層(1)的外側面。2、根據權利要求1所述的染料敏化太陽能電池碳對電極，其特征在于所述基底(3)為玻璃或柔性塑料。3、根據權利要求1所述的染料敏化太陽能電池碳對電極，其特征在于所述導電層(1)為FTO或ITO或TCO。4、根據權利要求3所述的染料敏化太陽能電池碳對電極，其特征在于所述導電層(1)優選為FTO。5、根據權利要求3或4所述的染料敏化太陽能電池碳對電極，其特征在于所述FTO是F摻雜的SnO2膜，F與SnO2的質量比為1∶100～100∶1，厚度在10～1000nm之間。6、根據權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡志強，李國，高巖，
申請(專利權)人：大連輕工業學院，
類型：發明
國別省市：91[中國|大連]