染料敏化太阳能电池对电极及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池对电极及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 染料敏化太阳能电池对电极的电极材料通常一般采用贵金属铂，然而其缺点是使 用贵金属铂，存在许多问题，比如：价格昂贵，地球上存有量少，不利于商业化。所以近年许 多研宄者一直致力于研宄各种碳材料，作为铂的替代品。作为电极材料不仅要有良好的导 电性，同时，要具有一定的给电子能力。虽然单一的石墨化碳的导电性很好，但给电子能力 相对较差，以至于不能成为很好的电极材料。
【发明内容】
[0003] 本发明解决的技术问题之一是提供一种操作简单，成本低，光电转换效率高的对 电极的制备方法。
[0004] 染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0005] (1)将六水合硝酸钴和2-甲基咪唑分别用甲醇溶解，将六水合硝酸钴的甲醇溶液 和2-甲基咪唑的甲醇溶液在室温下混合，搅拌20-40分钟后离心，将所得产物分离、洗涤、 干燥，得到ZIF-67 ;
[0006] (2)步骤⑴得到的ZIF-67在惰性气体气氛下，于650-850°C焙烧2h ;
[0007] (3)经过步骤（2)处理得到的产物用异丙醇溶解，球磨6-8h，将所得颗粒物喷涂于 FTO导电玻璃表面，然后进行干燥。
[0008] 所述染料敏化太阳能电池对电极的制备方法的步骤（1)中，甲醇作为六水合硝酸 钴和2-甲基咪唑的溶剂，甲醇的用量以将六水合硝酸钴和2-甲基咪唑溶解为准；所述甲醇 优选为无水甲醇。
[0009] 优选地，所述步骤（1)中的洗涤过程为用乙醇洗涤2-3次，所述乙醇优选为无水乙 醇；所述步骤（1)中的干燥过程为在40°C真空干燥10-14小时；所述步骤（1)中六水合硝 酸钴与2-甲基咪唑的摩尔比为1:4。
[0010] 优选地，所述步骤（2)中的惰性气体为氮气；焙烧过程在管式炉中进行。
[0011] 优选地，所述步骤（3)中的干燥过程为在烘箱中80°C加热120分钟。
[0012] 优选地，所述步骤（3)中异丙醇的用量为，每200毫克产物用4毫升异丙醇溶解。
[0013] 本发明所述制备方法的步骤（2)中，ZIF-67的焙烧温度越高，实验结果表明焙烧 后的产物的光电转化效率最高，这是因为焙烧温度高的产物的石墨化程度高，导电性好。
[0014] 本发明解决的技术问题之二是提供一种由上述方法制备的染料敏化太阳能电池 对电极。
[0015] 染料敏化太阳能电池对电极，所述对电极由上述的方法制备。
[0016] 染料敏化太阳能电池对电极，所述对电极由上述的方法制备，所述方法的步骤（3) 中所述颗粒物的喷涂厚度为4-6 μ m。
[0017] 所述颗粒物的喷涂厚度为4-6 μ m的对电极制成的太阳能电池的光电转化率较 高，但颗粒物的喷涂厚度不限于4-6 μ m。
[0018] 本发明所述制备方法制备得到的ZIF-67焙烧产物中含有Co、CoO及C，由所述 ZIF-67焙烧产物制备的对电极不仅导电性良好，而且Co、CoO的存在提高了对电极的催化 性能，加快了给电子能力。因此本发明制备的对电极的光电转化率较高，高于用碳材料制备 的对电极的光电转化率，接近铂电极的光电转化率。
[0019] 本发明的有益效果是：本发明所述电极对的制备方法操作简单，成本低，组装成染 料敏化太阳能电池的光电转化效率较高，基本接近铂电极的光电转化效率，稳定性较好，是 一种很有潜力的染料敏化太阳能电池对电极的替代材料。
【附图说明】
[0020] 本发明附图5幅，
[0021] 图1为实施例1制备的ZIF-67的X射线衍射图；
[0022] 图2为实施例1制备的ZIF-67的热重图；
[0023] 图3为实施例3的步骤（2)所得ZIF-67焙烧产物的能谱图；
[0024] 图4为实施例1、实施例2、实施例3和对比例3制备的对电极制成的染料
[0025] 敏化太阳能电池的I-V曲线；
[0026] 图5为实施例3、对比例1、对比例2和对比例3制备的对电极制成的染料
[0027] 敏化太阳能电池的I-V曲线。
【具体实施方式】
[0028] 下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以 任何方式限制本发明。
[0029] 实施例1
[0030] (1)分别取 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与2-甲基咪唑的摩尔比为1:4,常温下分别搅拌约 30min后将两溶液均匀混合，再搅拌大约30min，离心，所得产物用无水乙醇通过离心方式 洗涤2~3次，然后于40°C真空干燥12h左右，即可得到紫色粉末状的ZIF-67 (ZIF-67的表 征图如附图1和图2所示）；
[0031] (2)将合成的紫色粉末状的ZIF-67放入管式炉中在氮气氛围下于650°C焙烧2h， 然后降到室温；
[0032] (3)将经步骤（2)处理得到的产物溶于异丙醇（分析纯，用量为每200mg产物用 4ml异丙醇溶解）中，球磨6~8h左右，喷涂到FTO导电玻璃上，厚度为5 μ m，然后放到烘 箱中80°C加热120分钟，制得染料敏化太阳能电池对电极。
[0033] 实施例2
[0034] 条件和步骤同实施例1，不同之处仅在于，步骤（2)中的焙烧温度为750°C。
[0035] 实施例3
[0036] 条件和步骤同实施例1，不同之处仅在于，步骤（2)中的焙烧温度为850°C。其中， 步骤（2)所得产物的能谱图如附图3所示。
[0037] 对比例1
[0038] 条件和步骤同实施例3,不同之处仅在于，在步骤（2)之后步骤（3)之前加入用盐 酸处理的过程：ZIF-67在850°C焙烧后得到的的产物用0.0 lmol/L HCl (盐酸的用量为，每 150mg产物用3ml盐酸）磁力搅拌处理45min，用去离子水、孔径为0. 45 μπι的过滤膜真空 抽滤，80°C干燥2h。
[0039] 对比例2
[0040] 条件和步骤同对比例1，不同之处仅在于，盐酸处理过程中所用的盐酸浓度为 0. lmol/L HClo
[0041] 对比例3
[0042] 用磁控溅射的方法制备铂电极，将铂溅射到FTO导电玻璃上，铂的厚度大约为 200nm〇
[0043] 效果实施例--对电极光电性能测试
[0044] 实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2和对比例3制备的对电极按下述 方法制成染料敏化太阳能电池。
[0045] 染料敏化太阳能电池的组装过程：
[0046] 1 ·将TiO2浆料（颗粒大小约20-30nm)印刷到FTO导电玻璃上（有效面积为 4_^4!11111，厚度大约14-16 4111)，在马弗炉中325°〇烧15分钟，375°〇烧15分钟，450°〇烧25 分钟，500 °C焙烧30分钟，冷却至室温，然后在染料（主要成分N719,乙腈与叔丁基的体积比 为1:1)中45。。浸泡100分钟；
[0047] 2.将1102光阳极从染料缸中取出，用乙醇冲洗，风机吹干，然后与实施例1、实施 例2、实施例3、对比例1、对比例2或对比例3制得的对电极对接，夹子夹紧，组装成电池，电 解质（用的是液态Γ/Ι 3_电解质）在测试的时候顺着玻璃滴加。
[0048] 利用下列仪器测试制成的染料敏化太阳能电池的I-V曲线和光电转化效率，① 数字源表（Keithley 2601，美国吉时利仪器公司）②太阳光模拟器（氙灯，灯光参数为 AML 5, 100mW/cm2) (PEC-L15,日本Peccell公司）③标准硅电池（用于校正光源）（BS-520， 日本夏普公司）。
[0049] 结果显示，如图4所示，为实施例1、实施例2、实施例3和对比例3制备的对电极 制成的染料敏化太阳能电池的I-V曲线。其中，标记ZIF-67-650、ZIF-67-750、ZIF-67-850 和铂电极分别代表实施例1、实施例2、实施例3和对比例3制备的对电极制成的染料敏化 太阳能电池。由此表明，ZIF-67的焙烧温度越高，焙烧后的产物的光电转化效率最高，这是 因为焙烧温度高的产物的石墨化程度高，导电性好。表1为上述四种电池的光电转化效率 数据。
[0050] 表 1
[0051]
【主权项】
1. 染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步 骤： (1) 将六水合硝酸钴和2-甲基咪唑分别用甲醇溶解，将六水合硝酸钴的甲醇溶液和 2-甲基咪唑的甲醇溶液在室温下混合，搅拌20-40分钟后离心，将所得产物分离、洗涤、干 燥，得到ZIF-67 ; (2) 步骤（1)得到的ZIF-67在惰性气体气氛下，于650-850°C焙烧2h ; (3) 经过步骤（2)处理得到的产物用异丙醇溶解，球磨6-8h，将所得颗粒物喷涂于FTO 导电玻璃表面，然后进行干燥。
2. 根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于，所述步 骤（1)中的干燥过程为在40°C真空干燥10-14小时。
3. 根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于，所述步 骤⑴中六水合硝酸钴与2-甲基咪唑的摩尔比为1:4。
4. 根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于，所述步 骤（2)中的惰性气体为氮气。
5. 根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于，所述步 骤（2)中的焙烧过程在管式炉中进行。
6. 根据权利要求1所述染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于，所述步 骤（3)中的干燥过程为在烘箱中80°C加热120分钟。
7. 染料敏化太阳能电池对电极，其特征在于，所述对电极由权利要求1-6任意一项权 利要求所述的方法制备。
8. 根据权利要求7所述的染料敏化太阳能电池对电极，其特征在于，所述方法的步骤 (3)中所述颗粒物的喷涂厚度为4-6 ym。
【专利摘要】本发明公开了一种染料敏化太阳能电池对电极及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将六水合硝酸钴和2-甲基咪唑分别用甲醇溶解，将六水合硝酸钴的甲醇溶液和2-甲基咪唑的甲醇溶液在室温下混合，搅拌20-40分钟后离心，将所得产物分离、洗涤、干燥，得到ZIF-67；(2)步骤(1)得到的ZIF-67在惰性气体气氛下，于600-850℃焙烧2h；(3)经过步骤(2)处理得到的产物用异丙醇溶解，球磨6-8h，将所得颗粒物喷涂于FTO导电玻璃表面，然后进行干燥。本发明所述电极对的制备方法操作简单，成本低，组装成染料敏化太阳能电池的光电转化效率较高。
【IPC分类】H01G9-042, H01G9-20
【公开号】CN104752062
【申请号】CN201510166203
【发明人】郝策, 冯明巧, 景洪宇, 任素贞, 史彦涛, 郝娟媛
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月9日